Interfase líquido-vapor

Presentación del tema: "Interfase líquido-vapor"— Transcripción de la presentación:

1 Interfase líquido-vapor
Los líquidos tienden a adoptar formas que minimizan su superficie. Tensión superficial dG = -SdT + VdP +  d dG = dw =  d G = w =   La superficie contraída es el estado con mínimo G

2 Exceso Interfacial ( i ) (Gibbs - 1895) Películas superficiales
   interfase n moles de i en la interfase (s) en exceso A área de interfase Películas superficiales Ciertas sustancias insolubles se acumulan en la superficie y forman una monocapa o película.

3 Isoterma de Adsorción de Gibbs
 (mN/m) Concentración (M) I II IIa SOLUTOS Disminuyen  Aumentan  dg/dc El valor de d g /dc se obtiene experimentalmente

4 Van der Waals y Guggenheim
Eötvös Trabajo de adhesión Trabajo de cohesión Coeficiente de esparcimiento

5 Superficies curvas: Burbujas, cavidades y gotas.
La presión de la cara cóncava es siempre mayor que la de la cara convexa. Ecuación de Laplace (Ejemplo: cavidad de radio 0,10 mm P= 1,5 kPa. Suficiente para sostener una columna de agua de 15 cm de altura) Importancia de la acción de tensioactivos en el proceso de la respiración Variación de la presión de vapor con la curvatura de la superficie Ecuación de Kelvin

6 Capilaridad Es otra consecuencia de la tensión superficial
Si el ángulo de contacto es cero (mojado) Si el ángulo de contacto es 180° (no mojado)

7 Coloides y tensioactivos
Un coloide o una fase dispersa es una dispersión de pequeñas partículas (menos de 500 nm de diámetro) de un material en otro. Fase dispersante Fase dispersa INCLUYEN Emulsiones y Suspensiones Agregados moleculares (micelas) Soluciones de macromoléculas Sistemas biológicos Características *No se ven fases diferentes al microscopio óptico común. *Poseen carga eléctrica. *Pasan a través de papel de filtro *Se pueden detectar por dispersión de la luz (Presentan efecto Tyndall), sedimentación u ósmosis.

8 LIÓFOBOS/HIDRÓFOBOS: repelen al disolvente
LIÓFILOS/HIDRÓFILOS: atraen al disolvente CLASIFICACIÓN De acuerdo a la afinidad entre la fase dispersante y la fase dispersa las dispersiones coloidales de sólidos en líquidos (soles): Una fase dispersa es termodinámicamente inestable respecto al seno del sistema. dG =  dA Los coloides son estables cinética pero no termodinámicamente (con respecto al tamaño)

9 CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS COLOIDALES
Tipo Fase dispersa Fase continua Aerosol líquido (niebla) Líquido Gas Aerosol sólido (humo) Sólido Gas Espuma (crema batida) Gas Líquido Emulsión (leche) Líquido Líquido Sol (oro en agua) Sólido Líquido Espuma sólida (piedra pomez) Gas Sólido Gel (jalea) Líquido Sólido Sol (rubí en vidrio) Sólido Sólido

10 Fuerzas intermoleculares entre partículas coloidales
Preparación de coloides Usando corriente eléctrica. Precipitación. Agitación de los componentes juntos. ESTABILIDAD DE COLOIDES LIÓFOBOS Fuerzas intermoleculares entre partículas coloidales Fuerzas de van der Waals (electromagnéticas de atracción) Fuerzas electrostáticas de repulsión Fuerzas de Born (repulsivas de corto alcance) Fuerzas estéricas dependientes de la geometría y la conformación de las moléculas Fuerzas de solvatación debido a cambios en la cantidad absorbida del solvente

11 Dispersiones liófilas
Teoría DLVO (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek) Según esta teoría existe un equilibrio entre las interacciones repulsivas de las dobles capas eléctricas de moléculas vecinas y las atractivas de Van der Waals entre las moléculas de las partículas. Physical Chemistry, Atkins , De Paula. Novena Edición.

12 ATRACCIÓN D R r REPULSIÓN
2 partículas del mismo tipo FUERZAS DE VAN DER WAALS ATRACTIVAS D r D/r pequeña (partículas grandes y cercanas) = atracción fuerte D/r grande (distancias mayores a 5-10 veces el r) = atracción débil ATRACCIÓN Si las partículas están cargadas FUERZAS ELECTROSTÁTICAS REPULSIVAS REPULSIÓN + r R

13 Si las partículas están cargadas FUERZAS ELECTROSTÁTICAS REPULSIVAS
LA DOBLE CAPA SE CONTRAE A MEDIDA QUE AUMENTA LA FUERZA IÓNICA Baja I rd grande Alta I rd pequeño + Si las partículas están cargadas FUERZAS ELECTROSTÁTICAS REPULSIVAS Si r<<rd Si r>>rd

14 Formación de micelas Las moléculas de tensioactivo se pueden agrupar formando micelas. A baja concentración ( M) producen una marcada disminución de la tensión superficial) A mayor concentración (1-5 mM) forman en la solución estructuras relativamente estables, llamadas micelas. H = 1-2 kJ/mol S = 140 J/ K mol G = H - T S = - 40,2 kJ/mol

15 Concentración micelar crítica (cmc)
Las micelas se forman sólo a concentración superior a la concentración micelar crítica (cmc) y por encima de la temperatura de Krafft. Factores que modifican la CMC y el tamaño micelar Estructura del grupo hidrofóbico Naturaleza del grupo hidrofílico Naturaleza del contraión Fuerza iónica Temperatura Physical Chemistry, Atkins , De Paula. Novena Edición.

16 Naturaleza del grupo hidrofílico
Estructura del grupo hidrofóbico Cuando mayor es la longitud de la cadena (mismo grupo polar y serie homóloga) CMC tamaño micelar Naturaleza del grupo hidrofílico Surfactante no iónico < surfactante iónico CMC Surfactante no iónico > surfactante iónico tamaño micelar Naturaleza del contraión tamaño micelar orgánico > inorgánico CMC orgánico < inorgánico Incremento de tamaño micelar Cl- < Br- < I- Na+ < K+ < Cs+

17 Fuerza iónica Surfactantes iónicos CMC Tamaño micelar MICELAS DE SDS a 25° C. Efecto de la fuerza iónica Medio cmc (mM) moléculas (n) Agua 0.02 M NaCl 0.10 M NaCl 0.40 M NaCl

18 (J. Phys. Chem., 99, 1846, 1995)

19 Temperatura

20 Propiedades de las Micelas
Son importantes en la industria y en la biología en virtud de su función solubilizante. Son usados como detergentes, para síntesis orgánica, como espuma de flotación y recuperación de petróleo. Propiedades de las Micelas En un medio acuoso, permiten un pequeño medio interior hidrofóbico Posibilitan el secuestro de moléculas grasas en el interior de la micela (detergentes domésticos)

21 Bajo ciertas condiciones se puede formar un liposoma.
Pueden utilizarse para transportar moléculas de fármacos no polares en la sangre. Algunas micelas a concentración muy por encima de la CMC forman láminas paralelas extendidas denominadas micelas lamelares de dos moléculas de espesor.

22 BIBLIOGRAFÍA QUÍMICA FÍSICA, P. Atkins, J. de Paula. Editorial Médica Panamericana (2008). Physical Chemistry, Atkins , De Paula. Oxford University Press. Ninth Edition.(2010) - FISICOQUÍMICA, David W. Ball. Thomson (2004) - FISICOQUÍMICA, Keith J. Laidler, John H. Meiser. CECSA (2005) -Química Física, Thomas Engel, Philip Reid. Pearson Educación S.A. (2006) - FISICOQUÍMICA, Raymond Chang.Mc Graw Hill Interamericana. (2008)