Fenómenos Interfaciales y Surfactantes: Fundamentos de la Química de Superficies

Fundamentos de la Química Interfacial

Un fenómeno interfacial es, por definición, un fenómeno que se produce en una interfase o cuya existencia está ligada a la presencia de una interfase. Una interfase es el límite entre dos fases inmiscibles. La propiedad más relevante de la interfase es su área, la cual es, en general, grande en la mayoría de las aplicaciones de interés.

Sistemas de Dispersión

Al dispersar una fase en otra, se obtienen varios sistemas, llamados dispersiones en forma genérica:

• Humo: Dispersión de sólido en gas.
• Niebla: Dispersión de líquido en gas.
• Espuma: Dispersión de gas en líquido o sólido.
• Emulsión: Dispersión de líquido en líquido.
• Suspensión: Dispersión de sólido en líquido.

Adsorción de Surfactantes

Cuando una molécula de surfactante se ubica en forma orientada en una interfase o una superficie, se dice que se adsorbe. La adsorción es un fenómeno espontáneo impulsado por la disminución de energía libre del surfactante al ubicarse en la interfase y satisfacer parcial o totalmente su doble afinidad.

Asociación Molecular

La segunda propiedad fundamental de los surfactantes en solución acuosa es su capacidad de auto-asociación. Se acaba de ver que las primeras moléculas de surfactante presentes en una solución tienen una fuerte tendencia a migrar hacia una interfase y adsorberse en ella.

Cohesión y Adhesión: Fuerzas Intermoleculares

La cohesión entre las moléculas de un fragmento de una sustancia se debe a las llamadas fuerzas de interacción molecular de Van der Waals. Estas fuerzas son el "cemento" de la materia y actúan a muy corta distancia, típicamente en función del inverso de la sexta potencia de la distancia.

La adhesión entre dos sustancias diferentes (1 y 2) se obtiene tomando la media geométrica entre los valores de cohesión correspondientes a las sustancias respectivas.

Capilaridad y Fenómenos Capilares

Es curioso notar que se han escrito libros sobre capilaridad sin que aparezca una definición de este término. ¿Qué es la capilaridad o qué son los fenómenos capilares? Primero hay que recordar que un capilar es un tubo de diámetro muy pequeño.

Es curioso notar que se han escrito libros sobre capilaridad sin que aparezca una definición de este término. ¿Qué es la capilaridad o qué son los fenómenos capilares? Primero hay que recordar que un capilar es un tubo de diámetro muy pequeño.

Coeficiente de Extensión

Cuando una sustancia como el ácido oleico, por ejemplo, se coloca sobre la superficie del agua, aquella se extenderá sobre esta, formando una película, si las fuerzas de adhesión entre la sustancia y la superficie acuosa son mayores que las fuerzas de cohesión internas de la sustancia.

Películas Superficiales y Balanza Superficial

En uno de sus viajes a Inglaterra, Benjamín Franklin observó el fenómeno, que los marineros ya conocían siglos antes que él, de que cuando la grasa de cocinar era arrojada al agua, las olas se calmaban, a consecuencia de la película formada sobre la superficie del mar. Después, en 1765, Franklin prosiguió sus investigaciones.

Conceptos Generales

Manifestación: Actividad que se produce en la naturaleza y se percibe a través de los sentidos.

Equilibrio de Adsorción

La adsorción puede definirse como la tendencia de un componente del sistema a concentrarse en la interfase, donde la composición interfacial es diferente a las composiciones correspondientes al seno de las fases.

Representación del Equilibrio de Adsorción

Una de las formas más habituales de representación del equilibrio de adsorción es mediante la relación entre la cantidad adsorbida y la presión, en el caso de gases o vapores, o la concentración en la fase líquida, en el caso de adsorción de líquidos, para una temperatura determinada.

Modelos de Equilibrio de Adsorción

Un modelo común establece una relación lineal entre las funciones logarítmicas de $n$ y $p$. Además, no establece un valor límite de la cantidad adsorbida según aumenta la presión. Este modelo no reproduce correctamente los datos de sistemas confinados a baja temperatura o a presión elevada.