Mecanismos Físico-Químicos: Tensión Superficial, Detergentes y la Isoterma de Langmuir

Tensión Superficial (TS)

La Tensión Superficial (TS) es la fuerza que actúa por cada unidad de longitud en el contorno de la superficie (fórmula). También se la puede definir como la cantidad de energía acumulada por unidad de superficie (fórmula).

Causas y Dependencia de la TS

La TS está causada por los efectos de las fuerzas intermoleculares que existen en la interfase.

La TS depende de:

• La naturaleza del líquido.
• El medio que lo rodea.
• La temperatura (T).

Los líquidos cuyas moléculas tengan fuerzas de atracción intermoleculares fuertes tendrán una elevada TS.

Relación entre TS y Temperatura

Por lo general, la TS disminuye al aumentar la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica.

• A intervalos de temperatura pequeños, la relación TS frente a T parece lineal.
• En intervalos mayores, la relación de TS frente a T muestra una curva (gráfica).

La TS alcanza un mínimo a la temperatura de ebullición y se anula cerca del punto crítico (PC), porque más allá del PC no existe equilibrio, de acuerdo con la ecuación de Van der Waals (fórmula).

Detergentes y Jabones: Agentes Tensioactivos

Definiciones

Detergentes

Los detergentes son sustancias tensioactivas y anfifílicas que tienen la propiedad de disolver la suciedad y las impurezas en disolución acuosa. La mayoría de los detergentes son compuestos de sulfonatos de alquilbenceno lineales.

Jabones

El jabón es el producto obtenido de la reacción de saponificación entre un álcali (como el hidróxido de sodio o potasio) y un ácido graso de cadena carbonada larga.

Diferencia Estructural

La diferencia principal entre los jabones y detergentes se encuentra en los grupos polares:

• En los jabones, el grupo polar es el carboxilato (O=C-O-Na).
• En los detergentes, el grupo polar es el SO₃Na.

Mecanismo de Acción Limpiadora

Los jabones tienen una acción limpiadora sobre las grasas en presencia de agua, debido a su estructura que posee una parte liposoluble y otra hidrosoluble.

Acción del Jabón

1. El componente liposoluble hace que el jabón moje las grasas, disolviéndolas.
2. El componente hidrosoluble hace que el jabón se disuelva a su vez en el agua.
3. Cuando el jabón se disuelve en el agua, hace que disminuya la TS del agua, lo que favorece su penetración en las sustancias a lavar.
4. Los grupos hidrofóbicos se disuelven unos en otros, mientras que los hidrofílicos se orientan hacia el agua, produciendo coloides.

Acción del Detergente

Los detergentes desprenden la suciedad de las superficies y la disuelven en el agua. Por lo tanto, los detergentes modifican las propiedades de la interfase, cambiando la energía de las interacciones entre la suciedad y el sustrato.

Isoterma de Langmuir

La isoterma de Langmuir relaciona la adsorción de moléculas en una superficie sólida con la presión de gas o la concentración de un medio que se encuentra encima de la superficie sólida a una temperatura constante (T constante).

Es decir, representa lo que se ha adsorbido y lo que queda por adsorber.

Fórmula Matemática

Su fórmula matemática es: [Fórmula de la Isoterma de Langmuir]

Donde:

• $ heta$ = Fracción de cobertura de la superficie.
• [C] o P = Presión de gas o concentración de un medio.
• b = Constante (cte) de adsorción de Langmuir.

Constante de Adsorción (b)

Esta constante es mayor cuanto mayor sea la energía de adsorción y cuanto menor sea la temperatura. La isoterma se puede linealizar: [Fórmula de la linealización de la Isoterma de Langmuir]