Guía de SEMINARIO 7 2021

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SEMINARIO 7 
 
FISICOQUÍMICA DE SUPERFICIES 
 
 
Temario 
 
Concepto de interfase y superficie. Interfase gas-líquido: tensión superficial; variación de la tensión 
superficial con la temperatura y con la naturaleza y concentración del soluto. Monocapas de 
adsorción. Isoterma de adsorción y ecuación de Gibbs: variación del exceso interfacial relativo con la 
naturaleza y concentración del soluto. Interfase líquido-líquido: trabajo de cohesión y adhesión, 
coeficiente de extensión, monocapas de extensión. Surfactantes: formación de micelas, 
concentración micelar crítica, fenómeno de detergencia. 
 
BIBLIOGRAFIA: Química Física, P. Atkins, J. de Paula, 8ª Edición, capítulo 19 
Química Física, P. Atkins, 6ª edición, Capítulo 6 y 23 
Fisicoquímica Básica, W.J. Moore, capítulo 18 
Fisicoquímica, I.N. Levine, capítulo 13 
Introducción a la Química de Superficies y Coloides, D.J. Shaw 
 
 
Ejercicios 
 
1. En el siguiente gráfico se observa el comportamiento del exceso de concentración interfacial 
relativo para tres compuestos distintos, en solución acuosa. 
 
  
(mol cm -2 ) 
5,53x10 
-10 
C 
 
 
a) Calcule el valor de área límite por molécula para cada compuesto. ¿Qué conclusiones permiten 
sacar estos resultados? 
b) ¿Cómo explica el comportamiento de cada una de las curvas? 
 
 
 
2. Se determinó que 0,106 mg de ácido esteárico cubren 500 cm2 de una superficie acuosa. 
Conociendo el peso molecular (284) y la densidad (0,85 g/cm3) del ácido esteárico, calcule: 
a) el área de sección transversal (Å2) por molécula de ácido esteárico; 
b) el espesor (Å) de la película. 
 
 
 
3. Se determinó la tensión superficial a 298 K de soluciones acuosas de dodecil sulfato de sodio (SDS) 
a distintas concentraciones. a) Explique el comportamiento observado. b) Calcule, para las 
concentraciones de SDS de 3 mM y 5 mM, i) el exceso interfacial; y ii) el área promedio ocupada por 
cada molécula adsorbida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Variación de la tensión superficial en función de la concentración del SDS 
 
 
 
 
 
 
4. Las tensiones superficiales para el agua y el mercurio a 293 K son 73 y 485 mN m-1, 
respectivamente, y la tensión interfacial agua-Hg es de 375 mN m-1. Calcule: 
a) el trabajo de adhesión entre el mercurio y el agua; 
b) el trabajo de cohesión para el Hg y el agua; 
c) el coeficiente de extensión del agua sobre el Hg. 
 
 
 
 
5. Se realizaron determinaciones de la variación de la tensión superficial en función de la 
concentración de n-butanol en agua a 298 K. Sin embargo, cuando se construyó el gráfico B, se 
borraron los valores del eje y. Calcule el área límite por molécula para monocapas de n-butanol 
(Å2/molécula). Explique el comportamiento que se muestra en el gráfico B. 
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
0 1 2 3 4 5 6 7 8
γ
(m
N
 m
-1
)
SDS (mM)
SDS 
(mM) 

(mN m-1) 
0 72,7 
1 64,2 
2 55,5 
3 50,2 
4 45,3 
5 42,8 
6 41,3 
7 40,8 
8 40,5 
 
n-butanol 
(mM) 

(mN m-1) 
0 75,6 
26 68,0 
54 63,1 
100 56,3 
210 48,1 
430 38,9 
850 29,9 
 
 
 
Gráfico A: Variación de la tensión superficial con la concentración del n-butanol 
 
 
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
γ
(m
N
 m
-1
)
n-butanol (mM)
Gráfico B: Variación del exceso interfacial en función de la concentración del n-butanol 
 
 
 
 
 
 
6. Con el fin de determinar el área/molécula de dos ácidos grasos (esteárico y oleico) mediante la 
formación de monocapas de extensión, se utilizó: 
- un cristalizador de 50 cm de perímetro 
- pipetas de 1 ml 
- soluciones de ácidos esteárico y oleico en benceno: [oleico] = [esteárico] = 5 x 10-5 g/ml 
 
Sabiendo que número de gotas correspondientes a 1 ml de cada solución usando las pipetas 
mencionadas es de 45 gotas/ml, y que se consumieron 20 gotas de la solución de ácido oleico (PM = 
282) y 40 gotas de la solución de ácido esteárico (PM = 284) para cubrir la superficie, calcule el área 
ocupada por molécula para ambos ácidos grasos. 
 
 
 
7. El bromuro de hexadecil-trimetil-amonio o bromuro de cetil-trimetil-amonio (CTAB) 
((C16H33)N(CH3)3Br) es una sal de amonio cuaternario con actividad detergente. Con el fin de 
determinar la CMC de dicho tensioactivo se midió la conductividad (k) a diferentes concentraciones 
de dicho surfactante. Los resultados obtenidos se incluyen en el siguiente gráfico: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gráfico A: Valores de conductividad de una solución de CTAB a distintas concentraciones 
 
 
 
 
a) Utilizando el gráfico A, determine la CMC. 
b) Se determinó la CMC del CTAB en presencia de distintas concentraciones de NaBr. Teniendo en 
cuenta el comportamiento observado en el gráfico B, explique porque la CMC varía con el agregado 
de la sal NaBr. 
 
 
Gráfico B: Variación de la concentración micelar crítica del CTAB con el agregado distintas 
concentraciones de NaBr. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ejercicios adicionales 
 
 
1. Los siguientes gráficos (A y B) se han obtenido a partir de soluciones acuosas de: a) propanol; b) 
octanol; y c) KNO3 
 
 
 
1 
2 
3 
 
( mN m -1 ) 
 
( pmol cm - 2 ) 
4 
6 
5 
C 
C 
 
 
Señale en A) y en B) cuál es la curva correspondiente a cada uno de los compuestos mencionados 
anteriormente. Explique el criterio utilizado para su respuesta. 
 
 
2. Se extienden 5 x 10-5 g de alcohol hexadecílico (PM = 242) en agua formándose una capa 
monomolecular de 269 cm2. La densidad del alcohol es 0,818 g/cm3. Calcule: a) la sección transversal 
de la molécula; b) la longitud de la molécula. 
 
 
3. Una solución de ácido palmítico (PM = 256) en benceno contiene 4,24 g de ácido por litro. Cuando 
dicha solución se vierte sobre una superficie de agua, el benceno se evapora y el ácido palmítico 
forma una película monomolecular de tipo sólido. Si se desea cubrir un área de 500 cm2 con una 
monocapa, ¿qué volumen de solución debe emplearse? El área que ocupa una molécula de ácido 
palmítico puede aproximarse a 21,5 Å2.
 
 
4. La tabla siguiente muestra la variación de la tensión superficial con la temperatura para distintos 
líquidos: 
 
 
Temperatura 
(K) 
 
(mN m-1) 
agua benceno ácido acético 
273 75,6 31,6 29,5 
298 72,0 28,2 27,1 
323 67,9 25,0 24,6 
348 63,5 21,9 22,0 
 
 
Efectúe la representación gráfica de la tensión superficial en función de la temperatura. A partir de 
dicha representación gráfica, calcule para cada líquido el valor de la entropía interfacial por unidad de 
área, según la ecuación: 
 
 (
𝜕𝛾
𝜕𝑇
)
𝑃
= −Sintefacial 
 
A B 
Resultados 
 Ejercicios 
 
1 a) 30 Å2 
 
2 a) 22,2 Å2 b) 25,0 Å 
 
3 a) En el gráfico se observa que la tensión superficial del agua disminuye con el 
agregado de SDS, en función del aumento de la concentración. Siendo este un detergente, 
observamos que a bajas concentraciones el efecto es muy marcado. 
b) SDS 3 mM i)  = 6,41 x 10-10 mol/cm2 ii) 25,9 Å2 
 SDS 5 mM i)  = 5,04 x 10-10 mol/ cm2 ii) 33 Å2 
 
4 a) Wadhesión = 183 mN/m 
b) Wcohesión H2O = 146 mN/m; Wcohesión Hg = 970 mN/m 
c) 37 mN/m 
 
5 a) 30,4 Å 2 
b) En el grafico B se observa el aumento del exceso interfacial con el aumento de la 
concentración. Esto ocurre hasta una concentración máxima, la cual corresponde a la 
concentración donde la interfase está saturada de moléculas, entendiendo que, si se aumenta 
la concentración, no habrá más espacio para que las moléculas se ubiquen en esa interfase. A 
partir de esa concentración máxima, al agregar más nbutanol (aumentar la concentración) se 
evidencia una disminución en el exceso interfacial lo que se traduce como la posibilidad de 
encontrar moléculas de n-butanol en el seno de la solución, dado que la monocapa se encuentra 
saturada. Es por ello, que al alcanzar una concentración máxima el exceso interfacial 
disminuye con el aumento de la concentración. 
 
6 Área/molécula del ácido oleico = 42,4 Å 2 
Área/molécula del ácido esteárico = 21,1Å2 
 
7 a) La CMC se puede determinar a partir del grafico A observando el valor o rango de 
valores en donde la propiedad en estudio manifiesta un cambio brusco. En este caso la k 
evidencia un cambio alrededor de 1 mM de concentración de CTAB. 
 
 Ejercicios adicionales 
 
1 1 y 6, KNO3 2 y 5, propanol 3 y 4, octanol. 
 
2 a) 21,6 Å2 
b) 22,8 Å 
 
3 23 µl 
 
4 Sinterfacial(H2O) = 0,17 mN m
-1K-1 
Sinterfacial(C6H6) = 0,13 mN m
-1K-1 
Sinterfacial(HAc) = 0,10 mN m
-1K-1