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Prof. Rafael Mulas Fernández 1 QuQuíímicamica I. Forestal M. N. / I. Agrícola M. R. FenFenóómenosmenos de superficiede superficie 22 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. CONTENIDOSCONTENIDOS Las interfases: consideraciones Las interfases: consideraciones generales (3.2)generales (3.2) AdsorciAdsorcióón (3.3)n (3.3) La interfase electrificada: doble capa La interfase electrificada: doble capa elelééctrica (3.5)ctrica (3.5) Intercambio iIntercambio ióónico (3.6)nico (3.6) Agentes tensioactivos (3.4)Agentes tensioactivos (3.4) 33 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Fase: porción homogénea de un sistema, en la cual las propiedades se mantienen constantes Superficie: concepto geométrico bidimensional y aparente. Frontera entre dos fases (interfacies) Interfase: región tridimensional intermedia entre dos fases en contacto • Líquido/líquido • Líquido/sólido • Gas/líquido • Gas/sólido Propiedades y composición especial InterfasesInterfases 44 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Fuerzas en la interfaseFuerzas en la interfase En el interior de la fase: En el interior de la fase: equilibrio de fuerzasequilibrio de fuerzas –– resultante nularesultante nula sobre cada sobre cada molmolééculacula En la superficie: En la superficie: fuerzas fuerzas no compensadasno compensadas –– resultante resultante no nula,no nula, –– perpendicularperpendicular a la a la superficie y superficie y –– dirigida dirigida hacia el interiorhacia el interior de de la fasela fase Prof. Rafael Mulas Fernández 2 55 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. 6·10610241nm 6·10310151m 61061 mm 0,61031 cm 0,0611 dm S [m2]Nº de cubos lado RelaciRelacióón Superficie / Volumenn Superficie / Volumen Subdivisión de un cubo de 1 dm de lado La división de un cuerpo material aumenta su superficie sin aumentar el volumen 66 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. RelaciRelacióón Superficie / Volumenn Superficie / Volumen Cuando las partCuando las partíículas son pequeculas son pequeññas la as la relacirelacióón Superficie/Volumen aumentan Superficie/Volumen aumenta TambiTambiéén aumenta la n aumenta la superficie especsuperficie especííficafica (superficie por unidad de masa, (superficie por unidad de masa, ss)) TambiTambiéén aumenta la fraccin aumenta la fraccióón de materia n de materia afectada por la existencia de interfasesafectada por la existencia de interfases No podemos dejar de tener en cuenta No podemos dejar de tener en cuenta aquellas propiedades y fenaquellas propiedades y fenóómenos que menos que ocurran en la superficie o interfaseocurran en la superficie o interfase 77 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Superficie especSuperficie especíífica de las fracciones fica de las fracciones granulomgranuloméétricas del suelotricas del suelo 300 000 300 000 –– 8 000 0008 000 000 90 261 00090 261 000< 0,002< 0,002ArcillaArcilla 4544545 776 0005 776 0000,050,05--0,0020,002LimoLimo 227227722 000722 0000,100,10--0,050,05Arena muy finaArena muy fina 919146 00046 0000,250,25--0,100,10Arena finaArena fina 45455 7005 7000,500,50--0,250,25Arena mediaArena media 23237207201,001,00--0,500,50Arena gruesaArena gruesa 111190902,002,00––1,001,00Arena muy gruesaArena muy gruesa s (cms (cm22gg--11))NNºº part/gpart/gØØ/mm/mmFracciFraccióón USDAn USDA 88 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. La relación superficie/volumen elevada aparece en cuanto alguna de las dimensiones es suficientemente pequeña Prof. Rafael Mulas Fernández 3 99 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. TensiTensióón interfacialn interfacial Tiene origen en las fuerzas no Tiene origen en las fuerzas no compensadas en la interfasecompensadas en la interfase GeneralizaciGeneralizacióón de la Tensin de la Tensióón Superficialn Superficial Se puede entender como la Se puede entender como la cantidad de cantidad de energenergíía necesaria para aumentar en la a necesaria para aumentar en la unidad de unidad de áárea la superficie de contacto rea la superficie de contacto entre fasesentre fases Es la razEs la razóón de la n de la coalescenciacoalescencia de las de las gotas, burbujas, etc.gotas, burbujas, etc. 1010 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. CoalescenciaCoalescencia Es la uniEs la unióón de corpn de corpúúsculos en uno solosculos en uno solo Al Al coalescercoalescer disminuye la interfase disminuye la interfase disminuye la disminuye la energenergíía superficial (debida a la tensia superficial (debida a la tensióón interfacial)n interfacial) Si 1 cmSi 1 cm33 de agua se dividiese en 10de agua se dividiese en 101818 cubitos de 10 cubitos de 10 nmnm de lado, al de lado, al coalescercoalescer estos estos se liberarse liberaríía energa energííaa suficiente suficiente para elevar su temperatura 10para elevar su temperatura 10ººCC –– Si fuese Hg, por el mismo proceso se elevarSi fuese Hg, por el mismo proceso se elevaríía 143a 143ººCC QuQuíímicamica I. Forestal M. N. / I. Agrícola M. R. AdsorciAdsorcióónn 1212 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. AdsorciAdsorcióónn Es un fenEs un fenóómeno que tiene lugar en interfases meno que tiene lugar en interfases ssóólidolido--gasgas y sy sóólidolido--llííquidoquido Consiste en la Consiste en la uniunióón de moln de molééculas de sustancias culas de sustancias presentes en un gas o un lpresentes en un gas o un lííquido sobre la quido sobre la superficie de un ssuperficie de un sóólidolido –– El sEl sóólido es el lido es el adsorbenteadsorbente –– La sustancia que se adhiere a la superficie es el La sustancia que se adhiere a la superficie es el adsorbatoadsorbato Se pone de manifiesto en sSe pone de manifiesto en sóólidos con elevada lidos con elevada superficie especsuperficie especííficafica Diferenciar ADiferenciar ADDSORCISORCIÓÓN de AN de ABBSORCISORCIÓÓNN Prof. Rafael Mulas Fernández 4 1313 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. DesorciDesorcióónn La adsorciLa adsorcióón es un proceso n es un proceso reversiblereversible: la : la sustancia retenida se puede volver a separar del sustancia retenida se puede volver a separar del ssóólidolido –– aunque no siempre es faunque no siempre es fáácilcil Proceso inverso se denomina: Proceso inverso se denomina: DESORCIDESORCIÓÓN N Se consigue Se consigue desorberdesorber la sustancia:la sustancia: –– aumentando la temperatura o aumentando la temperatura o –– disminuyendo la presidisminuyendo la presióón (en el caso de gases) o la n (en el caso de gases) o la concentraciconcentracióón del n del adsorbatoadsorbato (en disoluciones)(en disoluciones) 1414 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Tipos de AdsorciTipos de Adsorcióónn Hay dos tipos bHay dos tipos báásicos de adsorcisicos de adsorcióón, segn, segúún las fuerzas n las fuerzas responsables:responsables: –– Si la interacciSi la interaccióón es debida a n es debida a fuerzas intermoleculares fuerzas intermoleculares (fuerzas (fuerzas de disperside dispersióón, puentes de hidrn, puentes de hidróógeno, interacciones dipolares) es geno, interacciones dipolares) es FISISORCIFISISORCIÓÓNN o o FISIADSORCIFISIADSORCIÓÓNN o o ADSORCIADSORCIÓÓN FN FÍÍSICASICA –– Si entre adsorbente y Si entre adsorbente y adsorbatoadsorbato se forman se forman enlaces quenlaces quíímicosmicos, , generalmente covalentes, se trata de generalmente covalentes, setrata de QUIMISORCIQUIMISORCIÓÓNN o o QUIMIADSORCIQUIMIADSORCIÓÓNN o o ADSORCIADSORCIÓÓN QUN QUÍÍMICAMICA La FisisorciLa Fisisorcióón es mn es máás gens genéérica y la Quimisorcirica y la Quimisorcióón es mn es máás s especespecííficafica La FisisorciLa Fisisorcióón es mn es máás ds déébil que la Quimisorcibil que la Quimisorcióónn La QuimisorciLa Quimisorcióón es de reversibilidad n es de reversibilidad relativarelativa: en ocasiones, lo : en ocasiones, lo que se que se desorbedesorbe son sustancias diferentes a las adsorbidasson sustancias diferentes a las adsorbidas 1515 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Estudio cuantitativoEstudio cuantitativo Se suele cuantificar por la Se suele cuantificar por la cantidad adsorbida cantidad adsorbida relativarelativa (por unidad de (por unidad de masa de adsorbente): masa de adsorbente): xx Depende del Depende del adsorbatoadsorbato y y del adsorbente concreto del adsorbente concreto Se estudia la variaciSe estudia la variacióón de n de x con T y con la presix con T y con la presióón o n o concentraciconcentracióónn Adsorción de amoniaco sobre carbón a diferentes temperaturas 1616 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. IsotermasIsotermas x = f (T) x = f (T) Si T Si T ↑↑ x x ↓↓ –– AdsorciAdsorcióón: siempre proceso n: siempre proceso exotexotéérmicormico x = f (p)x = f (p) o o x = f (c)x = f (c) Si p o c Si p o c ↑↑ x x ↑↑ Ecuaciones para Ecuaciones para x = x = f(pf(p) o x = ) o x = f(cf(c): ): ISOTERMASISOTERMAS –– Langmuir Langmuir –– Freundlich Freundlich –– B.E.TB.E.T.. –– …… Prof. Rafael Mulas Fernández 5 QuQuíímicamica I. Forestal M. N. / I. Agrícola M. R. Interfases Electrificadas:Interfases Electrificadas: Doble Capa ElDoble Capa Elééctricactrica 1818 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Interfases electrificadasInterfases electrificadas Se denominan asSe denominan asíí aquellas interfases en las que se aquellas interfases en las que se produce una produce una distribucidistribucióón asimn asiméétrica de cargas eltrica de cargas elééctricasctricas Aparecen por tanto campos elAparecen por tanto campos elééctricos y diferencias de ctricos y diferencias de potencialpotencial Las originan Las originan –– iones o dipolos iones o dipolos –– existentes en la superficie o que se adsorbenexistentes en la superficie o que se adsorben…… En la mayorEn la mayoríía de las interfases aparecen en alguna a de las interfases aparecen en alguna medida fenmedida fenóómenos de menos de separaciseparacióón de cargas:n de cargas: son la son la regla no la excepciregla no la excepcióónn Nos centramos en el caso de superficie sNos centramos en el caso de superficie sóólida cargada lida cargada en contacto con disolucien contacto con disolucióón en la que existen ionesn en la que existen iones 1919 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Doble Capa ElDoble Capa Elééctricactrica CoCo--ionesiones: : ionesiones de carga de igual signo que la de la de carga de igual signo que la de la superficiesuperficie ContraContra--ionesiones: : ionesiones de carga opuesta a la de la de carga opuesta a la de la superficiesuperficie La presencia de la superficie cargada La presencia de la superficie cargada ““estructuraestructura”” la la disolucidisolucióón, induce una distribucin, induce una distribucióón de ionesn de iones Sólido (mineral en este ejemplo, o de otro tipo) Disolución acuosa: Aniones Cationes 2020 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Doble Capa ElDoble Capa Elééctricactrica Una Una ‘‘capacapa’’ de cargas en el de cargas en el ssóólido lido ++ otra otra ‘‘capacapa’’ de iones en la de iones en la disolucidisolucióónn Dos tendencias Dos tendencias contrapuestas:contrapuestas: –– Fuerzas electrostFuerzas electrostááticasticas: : tienden a tienden a ordenar, ordenar, estructurarestructurar –– AgitaciAgitacióón tn téérmicarmica: tiende a : tiende a dispersardispersar Surgen distintos Surgen distintos modelosmodelos Los iones estLos iones estáán hidratadosn hidratados Prof. Rafael Mulas Fernández 6 2121 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Modelos de Doble Capa ElModelos de Doble Capa Elééctricactrica El mEl máás sencillo: ss sencillo: sóólo fuerzas lo fuerzas electrostelectrostááticasticas –– la superficie cargada atrae contrala superficie cargada atrae contra-- iones de la disoluciiones de la disolucióón sobre su n sobre su superficie hasta compensar la superficie hasta compensar la cargacarga Modelo con agitaciModelo con agitacióón tn téérmica: rmica: –– el movimiento molecular en la el movimiento molecular en la disolucidisolucióón tiende a igualar las n tiende a igualar las concentraciones en toda la concentraciones en toda la disolucidisolucióón. Con la superficie n. Con la superficie cargada se genera una distribucicargada se genera una distribucióón n exponencialexponencial C 0 d contra-iones co-iones 2222 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Modelos de Doble Capa ElModelos de Doble Capa Elééctricactrica Se alcanza un Se alcanza un compromisocompromiso –– diferente en cada casodiferente en cada caso –– segsegúún tipos y carga de n tipos y carga de los ioneslos iones –– segsegúún concentracin concentracióónn…… Modelo de SternModelo de Stern 2323 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Modelo de SternModelo de Stern Una Una capa fija o rcapa fija o ríígidagida: contra: contra--iones adsorbidos sobre la iones adsorbidos sobre la superficiesuperficie Una Una capa difusacapa difusa: zona de la disoluci: zona de la disolucióón con n con exceso de exceso de contracontra--iones iones y y defecto de codefecto de co--ionesiones. Sin l. Sin líímite definidomite definido + + + + + + -- -- --- -- - - + + + + + + + - - - Partícula Plano de Stern Capa fija Capa difusa 2424 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. VariaciVariacióón de potencialn de potencial El potencial elEl potencial elééctrico ctrico ψψ disminuye (en valor disminuye (en valor absoluto) desde la absoluto) desde la superficie hasta hacerse superficie hasta hacerse 0 en el seno de la 0 en el seno de la disolucidisolucióónn La variaciLa variacióón incluye:n incluye: –– Un tramo Un tramo lineallineal en la capa en la capa fijafija –– Un tramo Un tramo exponencialexponencial en la en la capa capa difusadifusa En el lEn el líímite de ambas: mite de ambas: potencial potencial electrocinelectrocinééticotico o o potencial potencial ζζ (zeta)(zeta) Prof. Rafael Mulas Fernández 7 2525 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Variaciones con la concentraciVariaciones con la concentracióónn Cuanto menor es la Cuanto menor es la concentraciconcentracióón mayor es n mayor es la distancia a la que la distancia a la que ψψ se se anulaanula El modelo coincide con El modelo coincide con los hecho experimentaleslos hecho experimentales –– En disoluciones En disoluciones concentradasconcentradas casi no casi no existe capa difusa, casi existe capa difusa, casi ssóólo capa fijalo capa fija –– En disoluciones muy En disoluciones muy diluidasdiluidas casi no existe casi no existe capa fijacapa fija QuQuíímicamica I. Forestal M. N. / I. Agrícola M. R. Intercambio IIntercambio Ióóniconico 2727 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Intercambio IIntercambio Ióóniconico Se llama Se llama intercambiador iintercambiador ióóniconico a cualquier a cualquier matriz smatrizsóólida lida insolubleinsoluble que puede que puede canjearcanjear algunos de sus algunos de sus ionesiones por por otros del mismo signo presentes en el mediootros del mismo signo presentes en el medio con el que con el que estestáá en contacto en contacto El intercambio ocurre en la El intercambio ocurre en la interfaseinterfase entre el sentre el sóólido lido cambiador y el medio e involucra a cambiador y el medio e involucra a iones hidratadosiones hidratados Siempre se intercambian Siempre se intercambian iones del mismo signoiones del mismo signo Es Es reversiblereversible, aunque no es una reacci, aunque no es una reaccióón en sentido n en sentido estricto (ya que no hay ruptura y formaciestricto (ya que no hay ruptura y formacióón de enlaces), n de enlaces), sino que se produce por atraccisino que se produce por atraccióón electrostn electrostááticatica MM++ RR-- + N+ N++ NN++ RR-- + M+ M++ 2828 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Intercambio IIntercambio Ióóniconico MM++ RR-- + N+ N++ NN++ RR-- + M+ M++ Se puede aplicar la Se puede aplicar la Ley de AcciLey de Accióón de Masasn de Masas y y definir una constante, andefinir una constante, anááloga a la constante de loga a la constante de equilibrio, que recibe el nombre de equilibrio, que recibe el nombre de coeficiente de coeficiente de selectividadselectividad. . Se cumple el principio de Le Se cumple el principio de Le ChatelierChatelier Se define Se define Capacidad de intercambioCapacidad de intercambio de un de un cambiador icambiador ióónico como la nico como la cantidad de iones cantidad de iones cambiables por unidad de masa de cambiadorcambiables por unidad de masa de cambiador La capacidad de intercambio crece con la La capacidad de intercambio crece con la superficie especsuperficie especííficafica del cambiador, ya que se del cambiador, ya que se trata de un fentrata de un fenóómeno de superficiemeno de superficie Prof. Rafael Mulas Fernández 8 2929 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Tipos de IntercambiadoresTipos de Intercambiadores SegSegúún la n la cargacarga de los iones que se intercambian:de los iones que se intercambian: –– Intercambiadores Intercambiadores caticatióónicosnicos –– Intercambiadores Intercambiadores anianióónicosnicos SegSegúún la n la naturaleza qunaturaleza quíímicamica de la matriz sde la matriz sóólida:lida: –– OrgOrgáánicosnicos –– InorgInorgáánicosnicos SegSegúún su n su origenorigen:: –– NaturalesNaturales: como algunos silicatos (zeolitas) o los : como algunos silicatos (zeolitas) o los coloides del suelo (arcillas y humus)coloides del suelo (arcillas y humus) –– ArtificialesArtificiales: resinas sint: resinas sintééticasticas SegSegúún el n el origen de la carga superficialorigen de la carga superficial:: –– Grupos que se ionizan (Grupos que se ionizan (carga variablecarga variable)) –– Sustituciones Sustituciones isomisomóórficasrficas ((carga permanentecarga permanente)) 3030 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Afinidad de los iones por Afinidad de los iones por el intercambiadorel intercambiador La tendencia de los iones para fijarse sobre los La tendencia de los iones para fijarse sobre los intercambiadores es diferente intercambiadores es diferente Influyen dos factores:Influyen dos factores: –– Carga del iCarga del ióónn: : mayor afinidadmayor afinidad por el cambiador por el cambiador cuanto cuanto mayor es la carga mayor es la carga del idel ióónn –– TamaTamañño del io del ióón hidratadon hidratado: : mayor afinidad mayor afinidad por el por el cambiador cuanto cambiador cuanto menor es el tamamenor es el tamañño o del idel ióón n hidratadohidratado OJOOJO: A mayor radio de un ion, menor tama: A mayor radio de un ion, menor tamañño efectivo presenta o efectivo presenta ese iese ióón hidratado. n hidratado. P. ej., en los metales alcalinos el ion mP. ej., en los metales alcalinos el ion máás peques pequeñño, el Lio, el Li++, es el , es el que resulta mque resulta máás grande al considerarlo hidratados grande al considerarlo hidratado.. 3131 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Radios de los ionesRadios de los iones http://www.tutorvista.com/content/chemistry/chemistry-iii/s-block-elements/characteristics-alkali-metals.php Porta et al. (2003) 3232 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Series Series liotrliotróópicaspicas Son las Son las secuencias de iones segsecuencias de iones segúún su n su afinidad por un intercambiadorafinidad por un intercambiador:: Monovalentes: Monovalentes: RbRb+ + > K> K+ + ≈≈ NHNH44 + + > Na> Na+ + > Li> Li++ Divalentes: Divalentes: BaBa2+ 2+ > Pb> Pb+2 +2 > > SrSr+2 +2 > Ca> Ca+2 +2 > Cu> Cu+2 +2 > Zn> Zn+2 +2 > Mg> Mg+2+2 Aniones: Aniones: SOSO44 22-- > I> I-- > NO> NO33 -- > Br> Br-- > Cl> Cl-- > F> F-- Para los cationes mPara los cationes máás frecuentes en suelos y s frecuentes en suelos y aguas tenemos:aguas tenemos: CaCa+2 +2 > Mg> Mg+2 +2 > K> K+ + > Na> Na++ Prof. Rafael Mulas Fernández 9 3333 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. AdsorciAdsorcióón e Intercambio en los Suelosn e Intercambio en los Suelos Las Las arcillasarcillas en los suelos determinan:en los suelos determinan: –– su plasticidadsu plasticidad –– su capacidad de retener agua y nutrientessu capacidad de retener agua y nutrientes –– la disponibilidad de sustancias qula disponibilidad de sustancias quíímicas para el micas para el desarrollo de las plantasdesarrollo de las plantas Los Los minerales de la arcillaminerales de la arcilla presentan propiedades presentan propiedades fisicoqufisicoquíímicas inusuales debido a la combinacimicas inusuales debido a la combinacióón de:n de: –– Alta superficie especAlta superficie especííficafica (morfolog(morfologíía laminar, tamaa laminar, tamañño de o de partpartíícula)cula) –– Carga elCarga elééctricactrica, por sustituciones en la red o por , por sustituciones en la red o por defectosdefectos Por ello, las partPor ello, las partíículas arcillosas pueden:culas arcillosas pueden: –– adsorber aguaadsorber agua (y otros l(y otros lííquidos polares) quidos polares) –– fijarfijar e e intercambiar cationesintercambiar cationes con el mediocon el medio 3434 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Los procesos de intercambio y adsorción en los suelos 3535 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Intercambiadores para eliminaciIntercambiadores para eliminacióón n de dureza de aguasde dureza de aguas QuQuíímicamica I. Forestal M. N. / I. Agrícola M. R. Agentes tensioactivosAgentes tensioactivos Prof. Rafael Mulas Fernández 10 3737 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. TensiTensióón Superficial y Solutosn Superficial y Solutos Recordemos: Recordemos: La La TensiTensióón Superficialn Superficial (() de un lde un lííquido tiene su origen quido tiene su origen en la asimetren la asimetríía de fuerzas intermoleculares que se a de fuerzas intermoleculares que se produce en su superficie, al igual que en otras interfasesproduce en su superficie, al igual que en otras interfases Los Los solutos modifican la Tensisolutos modifican la Tensióón Superficialn Superficial del del llííquido quido Respecto a esto hay varios tipos de sustancias:Respecto a esto hay varios tipos de sustancias: –– Solutos de Tipo I:Solutos de Tipo I: incrementan ligeramenteincrementan ligeramente la la T.S.T.S. –– Solutos de Tipo II:Solutos de Tipo II: disminuyendisminuyen la T.S. la T.S. –– Solutos de Tipo Solutos de Tipo IIaIIa,, Tensioactivos o o SurfactantesSurfactantes:con peque: con pequeññas concentraciones as concentraciones disminuyen notablementedisminuyen notablemente la la T.ST.S 3838 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. (mN/m) Concentración (M) I II IIa NaCl alcoholes Efecto de la concentraciEfecto de la concentracióón de n de soluto sobre la tensisoluto sobre la tensióón superficialn superficial 3939 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. TIPO I Son excluidos en la interfase Incrementan ligeramente Adsorción negativa Solutos tipo ISolutos tipo I Con Con gran afinidadgran afinidad por por el disolventeel disolvente 4040 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. TIPO II Se concentran en la superficie más que en el seno de la disolución Disminuyen Adsorción positiva Solutos tipo IISolutos tipo II Presentan Presentan interacciones interacciones con el disolventecon el disolvente mmáás ds déébilesbiles Prof. Rafael Mulas Fernández 11 4141 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. • Presentan una estructura molecular característica • Poseen en su molécula grupos hidrófobos e hidrófilos • Se denominan compuestos anfipáticos (o anfípatas) Dominio hidrófobo: cadena hidrocarbonada (apolar, no tiene afinidad por el agua) = Cola Dominio hidrófilo: grupo polar (fuerte afinidad por el agua) = Cabeza Producen una marcada disminución de la tensión superficial, incluso a baja concentración Tensioactivos o SurfactantesTensioactivos o Surfactantes 4242 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Solutos de tipo I Solutos de tipo II - aminoácidos - sales de bases y ácidos inorgánicos - alcoholes - ácidos orgánicos Solutos de tipo IIa (tensioactivos) - sales de ácidos orgánicos (jabones) - sales de sulfatos de alquilo - sales de sulfonatos de alquilo - sales de aminas cuaternarias - compuestos de polioxietileno Algunos solutos de cada tipoAlgunos solutos de cada tipo 4343 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Tensioactivos: ejemplosTensioactivos: ejemplos a)a) áácido lcido lááurico urico ((dodecanoicododecanoico)) b) dilaurilfosfatidiletanol amina (DLPE, un fosfolípido) c) colesterol 4444 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. En sistemas de dos En sistemas de dos llííquidos quidos no misciblesno miscibles, uno polar , uno polar (habitualmente agua) y otro (habitualmente agua) y otro apolar, los tensioactivos apolar, los tensioactivos tambitambiéén n disminuyen la disminuyen la TensiTensióón Interfacialn Interfacial entre entre ambosambos Se acumulan en la Se acumulan en la interfase interfase entre ellos (con la cabeza entre ellos (con la cabeza en la fase acuosa) en la fase acuosa) Los grupos hidrLos grupos hidróófobos son fobos son liplipóófilosfilos: presentan afinidad : presentan afinidad por sustancias apolares por sustancias apolares (como aceites o grasas)(como aceites o grasas) El El tensioactivotensioactivo tiende tiende tambitambiéén a acumularse en la n a acumularse en la interfase linterfase lííquido apolar quido apolar ((““aceiteaceite””)/aire)/aire, rebajando su , rebajando su TS. La orientaciTS. La orientacióón de las n de las molmolééculas es inversa: las culas es inversa: las colas en el lcolas en el lííquidoquido Prof. Rafael Mulas Fernández 12 4545 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Cuanto más larga es la cadena hidrocarbonada, mayor es la disminución de la tensión superficial Efecto del Dominio HidrEfecto del Dominio Hidróófobofobo 4646 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. JabonesJabones Son sales de ácidos grasos. Tradicionalmente se han preparado por saponificación: reacción de una grasa y un álcali 4747 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. FosfolFosfolíípidos de membrana pidos de membrana 4848 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. Estructura de la membrana celular. Fuerzas intermoleculares Membrana celularMembrana celular Prof. Rafael Mulas Fernández 13 4949 Q u Q u íí m ic a m ic a I. F or es ta l M . N . / I. A gr íc ol a M . R. HumectantesHumectantes Los tensioactivos pueden emplearse como Los tensioactivos pueden emplearse como agentes agentes humectanteshumectantes La reducciLa reduccióón de la tensin de la tensióón superficialn superficial –– Disminuye la esfericidad de las gotasDisminuye la esfericidad de las gotas –– Aumenta la superficie de contacto del lAumenta la superficie de contacto del lííquidoquido –– Mejora el recubrimientoMejora el recubrimiento –– Facilita la penetraciFacilita la penetracióón de agua y solutosn de agua y solutos
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