Diapositivas Interfases

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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

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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

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

Sii

SSS dndaPdVdTSdA

i

S

iiSSS dndaPdVSdTdA

i

S

iiSSS dndaPdVSdTdA

i

Sii

SSS dndadPVTdSdH

i

Sii

SSS dndadPVdTSdG

iVS

S

da

dU

,,

iVT

S

dadA

,,

iPS

S

da

dH

,,

iPT

S

dadG

,,

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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

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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.045

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

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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

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Fenómenos de superficie 2. Interfases líquido/gas y líquido/líquido

0AART

Ecuación de VolmerEcuación de Volmer