Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLOGICA, MINAS Y METALÚRGICA
MÉTODOS PARA MEDIR ÁNGULOS DE CONTACTO
Zaragoza Cruces, Silvia Susana 20105004k
OBJETIVO
Explicar la relación existente del
ángulo contacto con la mojabilidad
física de un líquido hacia la superficie
de un cuerpo.
Dar a conocer diversos métodos que
se emplean para medir el ángulo de
contacto de un líquido con respecto a
una superficie.
CLASIFICACIÓN – ÁNGULO DE CONTACTO
ECUACIONES – ÁNGULO DE CONTACTO
ÁNGULO DE CONTACTO ESTÁTICO
ÁNGULO DE CONTACTO DINÁMICOS
MEDICIÓN DE ÁNGULO DE CONTACTO
MÉTODOS DE ÁNGULO DE CONTACTO
BIBLIOGRAFÍA
DEFINICIÓN – ÁNGULO DE CONTACTO
Humectación y ángulo de contacto
Hu
mect
aci
ón y
exte
nsi
ón
º90
º90
El líquido no humedece la superficie
El líquido humedece y puede haber penetración
Ángulo de contactoEl ángulo de contacto es una
medida de la mojabilidad de la
superficie sólida por un líquido e
indica los parámetros
superficiales que se necesitan
medir.
El ángulo de contacto es el ángulo
formado por el plano tangente a
la interfase líquido - gas y el
plano formado por el sólido en un
contacto trifásico sólido-líquido-
gas. La figura muestra una
representación de las tensiones
interfaciales en equilibrio
DEFINICIÓN
GOTA SESILGota depositada sobre la superficie de un líquido, pone en
manifiesto la mojabilidad de dicha superficie.
Una gota sésil es un sistema formado por tres fases, el sólido
sobre el que se deposita la gota, el líquido que forma la gota y
su vapor.
Se recurre a un goniómetro acompañado de un microscopio que permite medir el ángulo de contacto que subtienden las gotas partir de una vista lateral de la misma.
CLASIFICACIÓN DE LAS SUPERFICIES SEGÚN SUS CARACTERÍSTICAS DE MOJADO
Clasificación de las superficies atendiendo a los valores de los ángulos observables máximos y mínimos obtenidos por GS.
0
ECUACIONES
Asumimos que las diversas fuerzas superficiales pueden ser representadas por tensiones superficiales, podemos obtener la siguiente ecuación (Young):
cosLVSLSV
Combinando esta expresión con la ecuación de Dupre nos queda:
0 cos1//
VLLS
W
Un ángulo de contacto pequeño resulta cuando las fuerzas de atracción entre el líquido y el sólido son iguales o mayores que las fuerzas de atracción que existen al interior del líquido. Cuando el sólido es completamente mojado por el líquido el ángulo de contacto es prácticamente cero 0.
ÁNGULO DE CONTACTO
Una gota de líquido que se
coloca en una sólida superficie
no absorbente alcanzará la
condición de "equilibrio"
cuando ocurra la situación de
no hallarse más allá del
expandido. La lectura del
ángulo de contacto
determinada en esta condición
es el ángulo de contacto
'estático'. Para líquidos de
altas viscosidades (Por
ejemplo glicerina) es necesario
esperar su expansión total
para llegar a una condición
estática.
En materiales absorbentes,
cuando el líquido penetra en el
sustrato, el ángulo de contacto
cambiará continuamente como
una función de tiempo. En
ciertas aplicaciones el tiempo
de proceso es algo crítico para
el proceso del trabajo. Para
medir este ángulo de contacto
dinámico, así como el rango o
'grado de absorción' y de
expansión, es necesario captar
una secuencia de imágenes
durante la interacción.
ESTÁTICO DINÁMICO
MEDICIÓN DEL ÁNGULO DE CONTACTO
La medición experimental del ángulo de contacto es una determinación complicada por dos factores:
El ángulo depende de la tensión superficial del líquido
El ángulo de contacto toma cualquier valor dentro de un
intervalo dado.
La contaminación de la superficie líquida tiene por efecto disminuir el ángulo de contacto
El valor del ángulo de contacto depende de si el líquido avanza sobre una
superficie sólida o retrocede de ella
El ángulo de contacto presenta histéresis, la cual viene medida por la diferencia entre los ángulos de contacto medidos en avance y retroceso.
HISTÉRESIS Explicación
ADAM Y JESSOP
Como un efecto de una fuerza de fricción F, que actuaba a lo largo de la superficie con igual intensidad justamente cuando se impedían los movimientos de avance o retroceso del líquido.
Avance
Retroceso
FLVSLSV
cos
FLVSLSV
cos
EDSER
El trabajo de adherencia entre el líquido y la superficie sólida es en realidad diferente si la superficie del sólido está seca o si se mojó previamente.
El líquido sea adsorbido en la superficie del sólido, en la cual penetra hasta cierta distancia; y señala que esta adsorción aumenta en vez de reducir la tensión superficial de la superficie sólido/gas.
CUANDO MÁS LIMPIA ESTÁ LA SUPERFICIE TANTO MENOR ES LA HISTÉRESIS DEL ÁNGULO DE CONTACTO
MÉTODOS
Método directo del ángulo
Método de la placa inclinada – ADAM y JESSOP
Método de ABLETT
Método de RICHARDS y CARVER – BOSANQUET y
HARTLEY
Método de la Burbuja – TAGGART
Técnica de MOJABILIDAD DE CAPAS DELGADAS
1
3
2
4
6
5
MÉTODO DIRECTO DEL ÁNGULO
MÉTODOS
La gota del líquido es colocada sobre la superficie sólida y proyectada hacia una pantalla luminosa, el ángulo de la gota reflejada es entonces medido y el perfil de la imagen del ángulo puede ser fotografiado.
Medición directa del ángulo de contacto
CAM 100
CAM 2100Está basado en una video cámara controlada por computador, para la medición de los ángulos de contacto estáticos tanto como para los que están en avance/retroceso. También puede ser medida la tensión superficial usando la técnica de la gota colgante.
Instrumentos basados en video, se usa para medir el ángulo de contacto y/o la tensión superficial para líquidos mediante el método óptico.
MÉTODO DE LA PLACA INCLINADA
MÉTODOS
El sólido se sostiene con una mordaza que pueda inclinarse para formar el ángulo de inclinación deseado, a la vez que puede subirse o bajarse sobre la superficie del agua, para poder medir el ángulo en las condiciones de avance y retroceso. Para medir se inclina la placa hasta una posición en la cual la superficie del agua quede perfectamente horizontal hasta la misma línea de contacto con el sólido
El aparato representado en la figura es el usado por ADAM Y JESSOP (1934).
MÉTODO DE ABLETT
MÉTODOS
Un cilindro del sólido, torneado con precisión y montado de forma que pueda girar alrededor de su eje horizontal, se sumerge parcialmente en el líquido. Se ajusta el nivel de contacto con el sólido en determinadas condiciones de rotación del cilindro.El ángulo de contacto se calcula por las alturas relativas del eje del cilindro y el nivel de agua.
El aparato representado en la figura es el usado por ABLETT (1923)
MÉTODO DE RICHARDS Y CARVER (1921)
MÉTODOS
Consiste en fotografiar la reflexión de una hendidura iluminada, desde la superficie del líquido y desde la superficie del sólido; si las reflexiones desde ambas superficies eran continuas, el ángulo de contacto era cero; un ángulo finito causa una disrupción en la línea de luz reflejada.
Consiste en verter el líquido en una cubeta de vidrio poco profunda, inclinándola de modo que el líquido forme un prisma con un ángulo pequeño. Se observa entonces una raya, de un trozo de papel rayado, paralela al borde del prisma, a través del líquido hay un área en la cual la raya es invisible.
MÉTODO DE BOSANQUET Y HARTLEY (1921)
MÉTODO DE LA BURBUJA (TAGGART - 1929)
MÉTODOS
Una burbuja de aire en la punta de un tubo vertical se pone en contacto con el sólido y se sube el tubo lentamente.Si el ángulo de contacto no es demasiado pequeño, la burbuja queda adherida al sólido algún tiempo y se puede medir el ángulo entre el borde de la burbuja y el sólido.
2sin1
1
a
zB
ax
aR
gaB
2
TÉCNICA “MOJABILIDAD DE CAPAS DELGADAS”
MÉTODOS
Las técnicas basadas en el ascenso capilar pueden ser utilizadas para medición del ángulo de contacto sobre materiales finos, mediante la aplicación de la ecuación propuesta por Washburn en 1921:
2
cos*2
trLVl
Ángulo de contactoDistancia recorridaTiempo transcurridoViscosidadTensión superficial líquido/vapor
VL
t
l
/
DONDE
TÉCNICA “MOJABILIDAD DE CAPAS DELGADAS”
MÉTODOS
Esta ecuación presenta relación entre las características de un líquido que asciende por capilaridad a través de un lecho de material, el ángulo de contacto formado en la interfase y la velocidad a la cual ocurre el ascenso, representada por la relación entre la distancia recorrida y el tiempo transcurrido.Las características del líquido son su viscosidad y tensión superficial en la interfase líquido/ vapor. El parámetro r* corresponde al tamaño medio de poro del lecho formado por el material a caracterizarse.
A.M. Collieu, d.J. Powney. (1977);
“Propiedades Mecánicas Y Térmicas De
Los Materiales”. Editorial Reverté S.A.,
España
pág. 147-150.
Toral, María Teresa. (1973);
“FISICOQUÍMICA DE SUPERFICIES Y
SISTEMAS DISPERSOS” 1ra Edición. Ed.
Urmo, España; pág. 68-77.
BIBLIOGRAFÍA
