PDF_3 - inquimae

La interfase solido-liquido
Parte III

Fuerza necesaria para evitar
el desplazamiento de la barra
[] = N/m
Tension Superficial
| F | = 2 b dW = | F | dx = dA
Trabajo involucrado en el
incremento del area
[] = J/m 2
Liquido etanol benceno H 2O Hg
(mN/m) 21.97 28.22 74.23 485.5

Tension Superficial como Funcion de Estado
En condiciones reversibles, y en ausencia de otro trabajo que
no sea de volumen o de superficie:
A presion y temperatura constantes:
Cambio en energia libre asociado a un
aumento en el area a P y T constantes

Tension Superficial y Ecuacion de Young-Laplace
Entre ambos lados de una
superficie elastica curva
existe una diferencia de
presion P
P 1
P 2
P 1 > P 2
La ecuacion de Young-Laplace relaciona la curvatura con P :
con R 1 y R 2 los radios de curvatura de la superficie en dos
direcciones perpendiculares

Tension Superficial y Ecuacion de Young-Laplace
La fuerza en la direccion + z (P A) debe estar compensada por el
componente en – z de la tension superficial

Ecuacion de Young-Laplace
En el caso de una burbuja esferica R 1 = R 2
R = 1 mm
P = 0.072 J/m 2 2 / 10 -3 m = 0.00144 bar
R = 1 nm
P = 0.072 J/m 2 2 / 10 -8 m = 144 bar

Ecuacion de Kelvin
La curvatura
afecta la presion
de vapor <
La “tension” en una superficie convexa facilita la evaporacion

Ecuacion de Kelvin y condensacion capilar
La ecuacion de Kelvin puede usarse para estimar
el descenso de la presion de vapor en poros
Verificacion experimental de
la ecuacion de Kelvin para
ciclohexano en nanoporos
de mica de radio 4 – 20 nm
Nature 277, 548 1979
r < 0
P 0 K < P0

Angulo de Contacto y Mojado
El fenomeno de mojado involucra tres fases: tipicamente solido,
liquido y gas
= 180° = 90° = 0°
En el caso de H 2O
Superficie hidrofilica < 90°
Hiperhidrofobicidad = 180°

Angulo de Contacto y Tension Superficial
Cambios infinitesimales
durante el proceso de mojado
a volumen constante
La ecuacion de Young establece
una relacion entre y
da = a’ – a
dh = h’ – h
dA SL = 2a da = – dA S
dA L = 2a cos da
dG = SL dASL + S dAS + L dAL= 2a ( SL - S) da + 2a L . cos da
En el equilibrio dG/da = 0 L . cos = S - SL
Ecuacion de Young

L . cos = S - SL
Casos limite
La ecuacion de Young
= 0° S = L + SL
= 180° SL = L + S
= 90° SL = S

Peliculas de Langmuir-Blodgett
(Langmuir-Blodgett films)
La tecnica de Langmuir-Blodgett permite el ensamblado de multicapas
anfifilicas sobre un sustrato inorganico hidrofilico (mica, silicio, SiO 2, …)
Substance in
a volatile
solvent
Dispersion en
subfase acuosa
Control
sobre:
1 era transferencia
hidrofilica
1 era transferencia
hidrofobica
2 da transferencia
hidrofilica
• Espesor (desde monocapa hasta multicapas de ~ 500 nm)
• Hidrofobicidad / Hidrofilicidad
• Transporte electronico
• Propiedades opticas y magneticas

Fotocatalisis Heterogenea
Iniciada tipicamente por formacion de par electron-hueco, con
excitacion de electrones desde la banda de valencia a la de
conduccion. Requiere radiacion en el band gap (h E gap), o bien
de la presencia de sensibilizadores (sensitizers)
Mecanismos fotocataliticos sobre TiO 2
El O 2 disponible en la interfase cumple un rol preponderante
inhibiendo la recombinacion electron-hueco

oxidacion
polimerizacion
Fotocatalisis Heterogenea
reduccion
sustitucion

Recapitulacion
Adsorcion de H 2O sobre metales: interacciones dipolo-dipolo, o
covalentes debiles. La disociacion depende de la estabilidad de los
radicales OH y H. Adsorcion sobre oxidos: interacciones mas fuertes. La
disociacion puede estar favorecida por defectos. El equilibrio acido-base
controla la carga superficial en la interfase solido-liquido.
El efecto de la superficie cargada en contacto con un electrolito puede
describirse mediante la combinacion de una capa compacta mas una capa
difusa con decaimiento exponencial a largas distancias.
El punto isoelectrico de la superficie de un oxido depende fuertemente del
caracter aceptor del cation. Puede determinarse en base al efecto del pH
sobre la carga superficial para distintos valores de fuerza ionica.
Las tensiones interfaciales L-V, S-L y S-V determinan el mojado (angulo de
contacto) de una superficie por una sustancia dada. La presion de vapor
depende de la curvatura de la interfase liquido-vapor: superficies convexas
disminuyen la presion de vapor respecto a la interfase plana, y viceversa
(ecuacion de Kelvin).