Diapositivas Interfases
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1
Fenómenos de interfaseInterfases líquido/gas y líquido/líquido
OBJETIVO
Relacionar los conceptos básicos de los fenómenos interfase, a través de
las características de los mismos.
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Fenómenos de Interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
PdVTdSdU
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
i
iidnPdVTdSdU
i
iidnPdVTdSdU
4
Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Investigar diversas definiciones de los términos básicos de los fenómenos de
interfase. Fase –Superficie-Interfase-InterfacePhase-Surface -Interphase-Interface
(Se trabaja individual y después por equipo).
ACTIVIDAD 1
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
ACTIVIDAD 2 (continua)DICCIONARIO DE LA LENGUA ESPAÑOLA
http://www.rae.es/
SUPERFICIE (del lat. superficĭes). Límite o término de un cuerpo, que lo separa y distingue de lo que no
es él. Fís. Magnitud que expresa la extensión de un cuerpo en dos
dimensiones, largo y ancho. Su unidad en el Sistema Internacional es el metro cuadrado (m2).
FASE (del gr. φσις, manifestación). f. Fís. y Quím. Cada una de las partes homogéneas físicamente
separables en un sistema formado por uno o varios componentes.
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
continuaciónIUPAC Compendium of Chemical Terminology 2nd Edition (1997)
http://www.iupac.org/publications/compendium/index.html
SURFACE. The boundary between two phases.INTERFACE. The plane ideally marking the boundary between two
phases.INTERPHASE. See interfacial layerINTERFACIAL LAYER. The inhomogeneous space region intermediate
between two bulk phases in contact, and where properties are significantly different from, but related to, the properties of the bulk phases. Examples of such properties are: compositions, molecular density, orientation or conformation, charge density, pressure tensor, electron density, etc
PHASE. An entity of a material system which is uniform in chemical composition and physical state.
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Tipos de Interfases:
• Líquido- Líquido• Líquido-Vapor o gas• Sólido- Gas• Sólido- Líquido• Sólido- Sólido
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Energía libre de superficie o energía libre de superficie en exceso(,): Energía que las moléculas posen en virtud de encontrarse en la superficie o trabajo requerido para aumentar la superficie.
)(mJ/m dE/dA 2
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Energía libre de superficie o energía libre de superficie en exceso(,): Energía que las moléculas posen en virtud de encontrarse en la superficie o trabajo requerido para aumentar la superficie.
)](mJ/m dE/da[ 2
daw
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
i
iidnPdVTdSdU
i
Sii
SSS dndaPdVTdSdU
i
iidnPdVTdSdU
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
i
Sii
SSS dndAPdVTdSdU
i
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SSS dndaPdVdTSdA
i
S
iiSSS dndaPdVSdTdA
i
S
iiSSS dndaPdVSdTdA
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iPT
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/PictDisplay/Segner.html
Johann Andreas von Segner
9 Oct 1704 Pozsony, Hungary (Bratislava, Eslovakia)
5 Oct 1777 in Halle, Prussia (Germany)
En 1751 introdujo el concepto de tension superficial en los líquidos,
debida a apequeñas e imperceptibles fuerzas de atracción.
Analogía: membrana elástica extendidaPropiedad de un líquido que permite
actuar como una membrana elástica extendida
Intentó, sin éxito, describir matemáticamente la acción capilarcapillary action.
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Tensión Superficial (,): . fuerza que actúa en dirección perpendicular a la superficie (Adamson, A. W.; Gast, A. P. Physical Chemistry of Surfaces, 6th edition;Wiley-Interscience: New York, 1997).
mmNlF //
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Datos de tensión superficial ( en mN/m) a 20 C
Líquido en mN/m
Agua 72.58
Glicerol 63.3
Benceno 28.88
Tetracloruro de carbono
26.75
Metanol 22.55
Etanol 22.32
Éter Etílico 17.06
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
ACTIVIDAD 3.Selecciona un experimento que ilustre el
fenómeno de tensión superficial.
El objetivo de esta actividad es ayudarle al alumno a identificar un motivo para estudiar los
fenómenos superficiales.
(Se trabaja primero de forma individual, después en parejas, luego en equipos para que al final se
discuta en grupo).
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Fenómenos de interfase2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
ACTIVIDAD 3 (continua)http://www.physics.ncsu.edu/pira/2fluid/2A10.htmlhttp://www.funsci.com/fun3_en/exper2/exper2.htm
sliding wire floating metals lycopodium powder
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Fenómenos de interfase2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
ACTIVIDAD 3 (continua) pull on the ring
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Fenómenos de interfaseInterfases líquido/gas y líquido/líquido
Energía libre de interfase o energía libre de interfase en exceso.
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Fenómenos de interfaseInterfases líquido/gas y líquido/líquido
Ángulo de contacto
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Ángulo de contacto: porción formada por el plano de la pared y un plano tangente a la superficie entre los fluidos en algún punto sobre la línea de contacto de las fases.
Ángulo de contacto: porción formada por el plano de la pared y un plano tangente a la superficie.
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de interfaseInterfases líquido/gas y líquido/líquido
Mojado:Desplazamiento de un fluido sobre la
superficie (líquido o sólida)
http://www.citt.ufl.edu/team/sepulveda/index.htm
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Angulo de contacto del agua sobre una gabardina
Ángulo de contacto y mojadoMOJADO
Total Parcial Nulo
Θ = 0 o 0o < Θ ≤ 90o 90 o< Θ ≤180o
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Fenómenos de interfase Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Formación de meniscos
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Fenómenos de interfaseInterfases líquido/gas y líquido/líquido
¿Qué le pasa al tamaño de la burbujas, cuando se abre lentemente la llave de paso?
Nota: se sugiere trabajar en parejas
Ecuación de Young-Laplace
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
ACTIVIDAD 4.Predice-observa-explica POE el
experimento de la guerra de fuerzas.
El objetivo de esta actividad es promover las capacidades de predecir, observar y explicar un
fenómeno superficial (Empezar e explicitar primeros modelos).
(Se trabaja primero de forma individual, después en parejas, luego en equipos para que al final se
discuta en grupo).
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Métodos:
• Estáticos• Semi-estáticos• Dinámicos
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Método del anillo de Du Noüy , se basa en medir la fuerza necesaria para desprender un anillo de la superficie de un líquido.
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
El método del peso de la gota, se basa en formar gotas de un líquido del extremo final de un tubo.
Ley de Tate 1864): W=2r
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Mojado y Ángulo de contacto.
ACTIVIDAD 1.Seleccionar diferentes superficies sólidas, colocar gotas de
diferentes líquidos sobre ellas y observar si estos mojan o no mojan.
(Se trabaja en equipos).
Discutir en base a nuestro propio modelo por que algunos líquidos mojan y otros no.(Se trabaja en grupo).
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Ecuación de Young-Laplace
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Anfifílo: es una molécula cuya estructura contiene segmentos polares y no polares (Winsor, 1948)
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
20
30
40
50
60
70
80
H2O + Metanol (25 C)
(m
N/m
)
X Metanol
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
20
30
40
50
60
70
80
H2O + Propanol (25 C)
(m
N/m
)
X Propanol
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
20
30
40
50
60
70
80
H2O + Etanol a 25 C
H2O + Propanol a 25 C
(m
N/m
)
X n-Alcoholes
49
Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.045
50
55
60
65
70
75
H2O a Dietanolamina 25 C
(m
N/m
)
X Dietanol Amina
50
Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
0 10 20 30 40 50
35
40
45
50
55
60
65
70
75
H2O + DSS a 20 C
(m
N/m
)
Concentracion de DSS (mM)
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
0.0000000 0.0000005 0.0000010 0.0000015 0.0000020 0.0000025 0.0000030
30
40
50
60
70
80
H2O + NF 600 a 22 C
(m
N/M
)
X NF 600
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
• Tensoactivo (Agente de actividad superficial, Snell) molécula anfifílica con una parte hidrofóbica que corresponde al menos a una cadena alquílica lineal de ocho átomos de carbono. Es un anfifílo que se concentra principalmente en las interfase y reduce drásticamente la tensión superficial (IUPAC, 1988).
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Micela (del latín micella=objeto pequeño McBain, 1913) son agregados de tensoactivo que se forman espontaneamente a condiciones adecuadas de composición temperatura.
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
• Adsorción: Concentración de moléculas de una sustancia en la superficie o interfase.
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iSi
SS dnaddPVdTS 0
0SV0dT 0 iidnad
iidd
i
Sii
SSS dndaPdVTdSdU
Ecuación de Adsorción de GibbsEcuación de Adsorción de Gibbs
Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
iidd
Sistema BinarioSistema Binario
01
iidd
2211 ddd [1]-Solvente [1]-Solvente [2]-Soluto[2]-Soluto
22 dd
58
Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00
10
20
30
40
50
H2O + Etanol 25 C
(er
g/cm
2 )
X Etanol
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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00
10
20
30
40
50
H2O + Etanol 25 C
(e
rg/c
m2 )
X Etanol
60
Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
0.0 5.0x10-7 1.0x10-6 1.5x10-6 2.0x10-6 2.5x10-6 3.0x10-6
0
10
20
30
40
50
H2O + NF 600 22 C
(er
g/cm
2 )
X NF 600
61
Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
Real
ideal
mN
/m
X
2,0
22 ln xRTbb
Tdx
d
RT
x
x
RTA
Gas Ideal BidimensionalGas Ideal Bidimensional
1
A
62
Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido
0AART
Ecuación de VolmerEcuación de Volmer