UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLOGICA, MINAS Y METALÚRGICA MÉTODOS PARA MEDIR ÁNGULOS DE CONTACTO
Zaragoza Cruces, Silvia Susana
O B J E TI V O
Explicar ángulo
la
relación
existente
del
con
la
contacto
mojabilidadfísica 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.
DEFINICIÓN – ÁNGULO DE CONTACTO 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
Ángulo de contacto
θ
Humectación y extensión
ca los parámetros superficiales que se necesitan medir . plano formado por el sólido en un contacto trifásico sólido - líquido - ga
θ > 90º El líquido no humedece la superficie θ < 90º El líquido humedece y puede haber penetración
θ θ
Humectación y ángulo de contacto
GOTA SESIL
superficie de un líquido, pone en manifiesto la mojabilidad de dicha superficie. ema formado por tres fases, el sólido sobre el que se deposita la gota, el líquido que forma
que permite medir el ángulo de contacto que subtienden las gotas partir de una
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.
ECUACIONES Asumimos que las diversas fuerzas superficiales pueden ser representadas por tensiones superficiales, podemos obtener la siguiente ecuación (Young): Combinando esta expresión con la ecuación de Dupre nos queda:
γ
SV
=γ
W =γ S/L
SL
L /V
+γ
LV
cos θ
(1 + cosθ )
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 ESTÁTICO
DINÁMICO
mo . Launa lectura función deldeángulo tiempode . Encontacto ciertas determinada aplicacionesenelesta tiempo condición de proceso es elesángulo algo crítico de contacto para 'estático' el proceso. Para del trabajo líquidos . Para de al m
contacto depende de si el líquido avanza sobre una superfici
MEDICIÓN DEL ÁNGULO DE CONTACTO La medición experimental del ángulo de contacto es una determinación complicada por dos factores:
gulo depende de la tensión El ángulo superficial de contacto del líquido toma cualquier valor dentro de un inte
acontmiódelsuprfíqágL
enta histéresis, la cual viene medida por la diferencia entre los ángulos de contacto medid
HISTÉRESIS Explicación
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
γ γ
SV
SV
−γ −γ
SL
SL
=γ =γ
LV
LV
cosθ + F cosθ − F
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.
PIA ESTÁ LA SUPERFICIE TANTO MENOR ES LA HISTÉRESIS DEL ÁNGUL
MÉTODOS 1
Método directo del ángulo Método de la placa inclinada – ADAM y JESSOP
2 3
Método de ABLETT Método de RICHARDS y CARVER – BOSANQUET y HARTLEY
4
Método de la Burbuja – TAGGART
5
Técnica de MOJABILIDAD DE CAPAS DELGADAS
6
MÉTODOS
MÉTODO DIRECTO DEL ÁNGULO 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 Instrumentos basados en video, se usa para medir el ángulo de contacto y/o la tensión superficial para líquidos mediante el método óptico.
CAM 2100 Está 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.
MÉTODOS
MÉTODO DE LA PLACA INCLINADA 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
θ
El aparato representado en la figura es el usado por ADAM Y JESSOP (1934).
MÉTODOS
MÉTODO DE ABLETT 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)
MÉTODOS
MÉTODO DE RICHARDS Y CARVER (1921) MÉTODO DE BOSANQUET Y HARTLEY (1921
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.
MÉTODOS
MÉTODO DE LA BURBUJA (TAGGART 1929) 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. 1 sin φ z + = −B + 2 R x a a a 1
a g∆ρ B= γ 2
MÉTODOS
TÉCNICA “MOJABILIDAD DE CAPAS DELGADAS” 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: γ r * t cosθ 2 l = LV 2η D O N D E
Ángulo de contacto Distancia recorrida l Tiempo transcurrido t η Viscosidad Tensión superficial γ líquido/vapor θ
L /V
MÉTODOS
TÉCNICA “MOJABILIDAD DE CAPAS DELGADAS”
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.
BI B LI O G R A FÍ A
A.M.
Collieu,
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(1977);
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