FQ-Engel

8.8 Química en fluidos supercríticos 185
FIGURA 8.17
Para los casos intermedios entre
mojado y no mojado, el ángulo de
contacto, θ, está en el intervalo
0°< θ >180°.
Solución
A partir de la Ecuación (8.28),
2g
2 × 71.99 × 10−
3N m−
1
h = =
0.74 m
gr cos 997 kgm−
3
× 9.81 m s−
2
× 2.0 × 10−
5m × 1
=
r θ
No, el ascenso capilar no es suficiente para dar cuenta del suministro de agua a la
copa de una secoya.
Como muestra el Problema Ejemplo 8.4, el ascenso capilar es insuficiente para rendir
cuenta del transporte de agua a las hojas, incluso en las plantas pequeñas. La propiedad del
agua que permite el suministro a la copa de una secoya es su elevada fuerza de tensión.
Imaginémonos tirando de un pistón para crear una presión negativa en un cilindro que contiene
solamente agua líquida. ¿Cuánto podemos tirar del agua sin “romper” la columna de
agua? La respuesta a esta cuestión depende de cuántas burbujas se nucleen en el líquido.
Este fenómeno se denomina cavitación. Si tiene lugar la cavitación, las burbujas aumentan
rápidamente conforme el pistón se va desplazando hacia afuera, y la presión de la burbuja
viene dada por la Ecuación (8.28), donde P externa
es la presión de vapor del agua. La altura
de la columna de agua en este caso está limitada a aproximadamente 9.7 m. Sin embargo,
la nucleación de las burbujas es un fenómeno cinético iniciado en ciertos sitios de la pared
que rodea al agua, y en las condiciones que presentan los tubos del xilema está suprimida.
En ausencia de la nucleación de burbujas, los cálculos teóricos predicen que la resistencia
a la tensión del agua es suficiente para generar una presión negativa que supera 1000 atm.
La presión es negativa debido a que el agua está bajo tensión más que en compresión. Estas
estimaciones se han verificado en experimentos sobre el agua que rellena pequeñas roturas
de rocas naturales. Sin embargo, la nucleación de burbujas ocurre a presiones mucho
más bajas en capilares similares en diámetro a los tubos de xilema. Aún en esos capilares
se han observado presiones negativas de más de 50 atm.
¿Cómo explica la elevada fuerza de tensión del agua el transporte de agua a la copa de
una secoya? Si cortamos un árbol cerca de la base la savia rezuma en lugar de salir a chorro,
mostrando que la presión en los tubos de xilema es ~1 atm en la base del árbol. Imaginemos
a la secoya en su infancia como arbolito. El ascenso capilar es suficiente para llenar los tubos
de xilema hasta la copa de la planta. Conforme el árbol crece, el agua puede tirar hacia
arriba debido a su elevada fuerza de tensión. Al aumentar la altura de los árboles, la presión
en la copa llega a ser crecientemente negativa. En tanto la cavitación no tiene lugar, la columna
de agua permanece intacta. Conforme el agua se evapora en las hojas, se suministra
desde las raíces a través del gradiente de presión en los tubos del xilema que proviene del
peso de la columna. Si el árbol (y cada tubo de xilema) crece hasta una altura de ~100 m y
P = 1 atm en la base, la presión en la copa debe ser ~ −9 atm, a partir de P = rgh.
De nuevo
encontramos una presión negativa a causa de que el agua está bajo tensión. Si el agua no tuviera
una fuerza de tensión suficientemente alta, se formarían burbujas en los tubos del xilema.
Esto provocaría la interrupción del flujo de savia y los árboles altos no existirían.
8.8 Química en fluidos supercríticos
Las reacciones químicas tienen lugar en fase gas o en disolución (reacciones homogéneas)
o en la superficie de sólidos (reacciones heterogéneas). Los disolventes con propiedades
adecuadas pueden influir tanto en el rendimiento como en la selectividad de las reacciones
en disolución. Se ha visto que el uso de fluidos supercríticos como disolventes, incrementa
el número de parámetros que los químicos disponen para conseguir que un sistema en reacción
cumpla los requisitos impuestos. ¿Por qué los fluidos supercríticos son útiles como
disolventes en las reacciones químicas?
Los fluidos supercríticos (SCF; Supercritical Fluids) cerca del punto crítico con
T r
~ 1.0–1.1 y P r
~ 1–2 tienen una densidad que es una fracción apreciable de la densidad