En física, el método de la presión máxima de burbuja, o en resumen método de la presión de burbuja, es una técnica para medir la tensión superficial de un líquido, con tensoactivos. Antecedentes Cuando el líquido forma una interfaz con una fase gas, una molécula en el borde tiene propiedades físicas muy diferentes debido al desequilibrio de las fuerzas de atracción de las moléculas vecinas. En el estado de equilibrio del líquido, las moléculas interiores se encuentran bajo fuerzas equilibradas con moléculas adyacentes distribuidas uniformemente.
Sin embargo, el número relativamente menor de moléculas en la fase gaseosa por encima de la interfaz que en la fase líquida condensada hace que la suma total de las fuerzas aplicadas a la molécula superficial se dirija hacia el interior del líquido y, por lo tanto, las moléculas superficiales tienden a minimizar su propia superficie.
Esta desigualdad de fuerzas moleculares induce un movimiento continuo de las moléculas desde el interior hacia la superficie, lo que significa que las moléculas superficiales tienen una energía adicional, denominada energía libre superficial o energía potencial, y dicha energía que actúa sobre el área unitaria reducida se define como tensión superficial.
Se trata de un marco para interpretar los fenómenos relevantes que se producen en la superficie o interfaz de los materiales, y se han desarrollado varios métodos para medir la Tensión superficial.Adamson, Arthur W.; Alice P. Gast (1997). “'Physical Chemistry of Surfaces”' (6.ª ed.). Wiley Interscience.
Entre las diversas formas de determinar la tensión superficial, el método del anillo de Du Noüy y el método de la lámina de Wilhelmy se basan en la separación de un objeto sólido de la superficie del líquido, y la método de gota colgante y la gota sésil o método de burbuja dependen de la deformación de la forma esférica de una gota de líquido.
Aunque estos métodos son relativamente sencillos y se utilizan habitualmente para determinar la tensión superficial estática, en caso de que se añadan impurezas al líquido, se debe aplicar la medición de la tensión superficial basada en el equilibrio dinámico, ya que se necesita más tiempo para obtener una superficie completamente formada y esto significa que es difícil alcanzar el equilibrio estático como lo hace un líquido puro. Método de presión de burbuja en kruss-scientific.com
La impureza más típica que induce la medición de la tensión superficial dinámica es una molécula tensioactiva que tiene tanto un segmento hidrófilo, generalmente llamado «grupo de cabeza», como un segmento hidrófobo, generalmente llamado «grupo de cola», en una misma molécula. Debido a su característica estructura molecular, los tensioactivos migran a la superficie líquida que limita con la fase gaseosa hasta que una fuerza externa dispersa las moléculas acumuladas de la interfaz o la superficie queda completamente ocupada y, por lo tanto, no puede acomodar moléculas adicionales. Durante este proceso, la tensión superficial disminuye en función del tiempo y finalmente se aproxima a la tensión superficial de equilibrio (σequilibrio). Métodos dinámicos en lauda.de Este proceso se ilustra en la figura 1. (La imagen se ha reproducido a partir de la referencia)
miniatura|400px|Figura 1: Migración de moléculas tensioactivas y cambio de tensión superficial (σt1 > σt2 > σequilibrium). Método de presión máxima de burbuja Uno de los métodos útiles para determinar la tensión superficial dinámica es medir el «método de presión máxima de burbuja» o, simplemente, el método de presión de burbuja.
El tensiómetro de presión de burbuja produce burbujas de gas (por ejemplo, aire) a una velocidad constante y las sopla a través de un capilar sumergido en el líquido de la muestra y cuyo radio ya se conoce.
La presión (P) dentro de la burbuja de gas continúa aumentando y el valor máximo se obtiene cuando la burbuja tiene una forma completamente hemisférica cuyo radio corresponde exactamente al radio del capilar.
La figura 2 muestra cada paso de la formación de la burbuja y el cambio correspondiente del radio de la burbuja, y cada paso se describe a continuación. (La imagen se ha reproducido de la referencia)
Inicialmente, aparece una burbuja en el extremo del capilar. A medida que aumenta el tamaño, disminuye el radio de curvatura de la burbuja.
En el punto de máxima presión de la burbuja, esta tiene una forma hemisférica completa cuyo radio es idéntico al radio del capilar, denominado Rcap. La tensión superficial se puede determinar utilizando la ecuación de Young-Laplace en su forma reducida para la forma esférica de la burbuja dentro del líquido.
(σ: tensión superficial, ΔPmax: caída de presión máxima, Rcap: radio del capilar)
Más tarde, tras alcanzar la presión máxima, la presión de la burbuja disminuye y su radio aumenta hasta que la burbuja se desprende del extremo del capilar y comienza un nuevo ciclo. Esto no es relevante para determinar la tensión superficial.
Los tensiómetros desarrollados y comercializados actualmente controlan la presión necesaria para formar una burbuja, la diferencia de presión entre el interior y el exterior de la burbuja, el radio de la burbuja y la tensión superficial de la muestra se calculan de una sola vez y se lleva a cabo una adquisición de datos mediante el control de un PC.
El método de presión de burbuja se utiliza habitualmente para medir la tensión superficial dinámica de sistemas que contienen tensioactivos u otras impurezas, ya que no requiere la medición del ángulo de contacto y ofrece una gran precisión, a pesar de que la medición se realiza rápidamente. El «método de presión de burbuja» se puede aplicar para medir la tensión superficial dinámica, especialmente en sistemas que contienen tensioactivos. Además, este método es una técnica adecuada para aplicar a fluidos biológicos como el suero, ya que no requiere una gran cantidad de muestra líquida para las mediciones.Hubbard, Arthur T. (2002). Enciclopedia de ciencia de superficies y coloides (Vol. 1). CRC Press, pp. 814-815 Por último, el método se utiliza para la determinación indirecta del contenido de tensioactivos en baños de limpieza o recubrimiento industriales, ya que la tensión superficial dinámica en un rango concreto de velocidades de formación de burbujas muestra una fuerte correlación con la concentración.
Enlaces externos Measuring principle and applications of dynamic surface tension measurement with a bubble pressure tensiometer Bubble pressure method for measuring the dynamic surface tension
Referencias
Categoría:Mecánica de fluidos