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CAPITULO III INTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO INTRODUCCION Una Interfase líquido - líquido, se produce cuando se pone en contacto dos líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles. Fase líquida “Fase líquida “f f

INTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO

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Page 1: INTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO

CAPITULO IIIINTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO

INTRODUCCION

Una Interfase líquido - líquido, se produce cuando se pone en contacto dos líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles.

Fase líquida “”

Fase líquida “”

f

f

Page 2: INTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO

• Dos fuerzas de atracción actuan en sentidos opuestos, neutralizandose parcialmente.

• La Tensión Interfacial presentará normalmente un valor intermedio entre las dos Tensiones Superficiales individuales.Ejemplo: Sistema Agua (1) y Benceno (2)

• Si ambos líquidos son polares o presentan moleculas polares, la tendencia es acumularse en la Interfase por lo tanto la Tensión Interfacial será menor a las Tensiones Superficiales de los líquidos.

1 = 72.75 mN*m-1 y 2 = 28.90 mN*m-1

12 = 35.00 mN*m-

1

Ejemplo: Sistema Agua (1) y n-Butanol (2)1 = 72.75 mN*m-1 y 2 = 24.60 mN*m-1

12 = 1.60 mN*m-1

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= - ......... (1) (Antonov)

= Tensión Interfacial entre dos soluciones inmiscibles y = Tensión Interfacial de una solución saturada de en = Tensión Interfacial de una solución saturada de en ADHESION Y COHESION

La Adhesión existe entre las moléculas de dos fases liquidas en contacto entre sí.El trabajo necesario referido a un area unitaria, para separar las 2 fases líquidas es denominado TRABAJO DE ADHESION (a).

FASE a

FASE FASE FASE

Page 4: INTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO

a = + - ....... (2)

a no puede ser medido directamente.

Cuando se destruye una Interfase líquido - líquido, separando las fases, dos interfases líquidas son formadas (una para cada líquido).

El trabajo necesario para separar en dos partes una columna unitaria de un mismo líquido es denominado TRABAJO DE COHESION ( c)

FASE

FASE

FASE

c

c = 2 ................... (3)

Page 5: INTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO

COEFICIENTE DE ESPARCIMIENTO (S)Este coeficiente se obtiene de acuerdo a la relación entre los trabajos de adhesión y cohesión.

S BA =a - c(B)....... (4)

S BA = A - B- AB....... (5)

S BA = Coeficiente de esparcimiento del líquido B sobre la superficie A.c(B) = Trabajo de cohesión del líquido B. Si S BA es de signo positivo, nos indica que una pequeña cantidad del liquido B al colocarse sobre la superficie de A, se esparcirá sobre ella. Ejemplo: El aceite sobre el agua.

Si S BA es de signo negativo, no ocurrirá tal esparcimiento del liquido B al colocarse sobre la superficie de A y el líquido agregado permanecerá como gota en la superficie.

Page 6: INTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO

TERMODINAMICA DE INTERFASES - ECUACION DE GIBBS

Para la Interfase líquido - líquido, al igual que las soluciones, puede ocurrir adsorción positiva o negativa en la superficie ó interfase, por lo que puede producirse alteración de la Tensión Interfacial.

S S´

FASE

FASE

La fase “” y “ ” tendrían entre ellas las mismas propiedades de fase.En la superficie S - S´, habría discontinuidad de propiedades dependiendo de las fases “” y “ ”.

Page 7: INTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO

S S´FASE

FASE

A A´

B B´

Región Interfacial ó Interfase (

FASE homogénea)

FASE homogénea)

C i = cte

C i = cte

SS´superficie arbitraria. SS´// a regiones AA´y BB´.

La conservación de la masa para el componente “i” en el sistema será:

hi = hia + hib .............(4)

Existen componentes que se acumulan en la superficie ó Interfase (adsorción positiva).

Page 8: INTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO

Consideremos que el exceso del componente “i” se localiza sobre la fase Interfacial “” de modo que y permanezcan homogéneos.En (4) debemos adicionar el término que corresponda a la cantidad de iones (exceso) de “i” en “” .

i = i + i + i .............(5)

i es (+), pues suponemos que ocurrirá una acumulación de “i” en la Interfase.Cuando ocurre una adsorción (-), los solutos se alejan de la Interfase, por lo que i es (-).

En términos de Concentración:

i= ciVi= ciV

La relación:

Page 9: INTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO

i = i /A......(6)

Es definida por GIBSS como la adsorción de “i” en la Interfase.i = representa las dimensiones de concentración de superficie, cantidad de sustancia por unidad de area.• La magnitud de “i“ depende de la ubicación del plano SS´ (arbitrario) y puede ser (+) ó (-), de acuerdo al signo de i

• en vez de designar “i“ como ADSORCION, otros autores las denominan: exceso superficial ó exceso de superficie ó exceso interfacial.

Por Termodinámica para una fase de varios componentes:

)7......(.......... ii dn dP V dT SdG

Tratándose de una fase interfacial y considerando: V=0

)8......(.......... ii dn dA dT SdG

Page 10: INTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO

Integrando para y i constantes

En el equilibrio a T=cte :

iii

)9......(.......... ii dn dA dG

)10......(.......... ii n A G

Diferenciando:iiii d n d A dn dA dG

ii d n d A dGdG

)11...(..........0 ii d n dA

Dividiendo por A :

ii d A

n - d

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)12.......(ii d - d (Ecuación de Gibbs)

Establece una relación entre la adsorción o exceso interfacial y la Tensión Superficial

EXCESO INTERFACIAL RELATIVO

Desarrollando (12) para 2 componentes:

)13.......(2 211 d d - d

Si variamos 1 e 2 en forma independiente, en (13), nos permitiría calcular excesos interfaciales simplemente variando “” con una composición, tendríamos:

)14.....(..........;12 ,2

2,1

1

TT

Page 12: INTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO

• No es posible variar “1” manteniendo constante “2” o viceversa.• Gibbs analizó una alternativa, mediante un artificio. Ya que la porción del plano SS´es arbitraria, podemos ubicarlo de tal forma que el exceso interfacial de uno de los componentes “i” sea igual a cero.• Los excesos interfaciales de los otros componentes j i serán simbolizados por i,j.

• En el caso de 2 componentes admitimos: 2,2=0. En (14)

1d d 2,1 )15....(....................1

2,1T

• (15) es denominada ISOTERMA DE ADSORCION DE GIBBS.• Se debe considerar que se trata de Adsorción relativa ó Exceso Interfacial relativo.

Para el potencial químico:)16...(..........).........1

11

1

1o

lna d( RTdlna RT

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(16) en (15))17....(....................

)(ln1

12,1

TaRT

Para una solución ideal : a1 = C1 en (17)

)18....(....................)(ln

1

12,1

TCRT

• Si la Tensión Superficial () decrece es (-), por lo tanto la adsorción () será positivo.

• Si la Tensión Superficial () crece es (+), por lo tanto la adsorción () será negativa.

Page 14: INTERFASE LIQUIDO - LIQUIDO

MEDIDA DE LA TENSION INTERFACIAL

• La medida de la tensión interfacial (L-L) es relativamente más compleja que la tensión superficial (L-G).• Esto ocurre porque las fuerzas de interacción de 2 líquidos y el componente sólido (Paredes del tubo, etc..) son del mismo nivel, por lo tanto es más difícil obtener miniscos por lo tanto ángulos de contacto establecidos.

• Los métodos recomendados son:

- Estalagmometro

- Presión máxima