Medicion de mojabilidad

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Cálculo de la mojabilidad de distintos líquidos 
 
 
 
Materia: Fisicoquímica de superficies 
 
 
 
Docente: Dr. Carlos Guzmán Martínez 
 
 
 
Alumna: Sofía Nava Coronel 
 
 
Maestría en Ciencias con línea terminal en Nanotecnología 
 
 
 
Maravatío, Michoacán, a 24 de septiembre del 2020 
 
 
 
 
 
Introducción 
 
Las moléculas de un líquido se mantienen unidas entre sí mediante fuerzas 
intermoleculares de atracción, cuando un líquido se encuentra confiando en un 
recipiente el líquido se ajusta a las paredes límite; sin embargo, en la parte superior 
las moléculas se atraen hacia las moléculas del seno del líquido, por lo que la fuerza 
atractiva es hacia abajo y perpendicular a la superficie. Aunque las moléculas de la 
superficie están en equilibrio debido a la acción de las fuerzas electrostáticas de 
repulsión con las moléculas de abajo. Esta fuerza genera lo que llamamos la tensión 
superficial. Esta propiedad de los materiales se cuantifica y permanece constante 
en cada líquido determinado; sin embargo, existen parámetros que influyen, por 
ejemplo, la temperatura, la presión, entre otras. Entre la superficie de un líquido y 
un gas, o sólido y líquido se forma una interfaz en la cuál influye la presencia de las 
fuerzas de la tensión superficial. 
Existen distintos métodos que permiten conocer la tensión superficial de un líquido 
de una manera muy sencilla, mediante el análisis morfométrico de gotas, los 
distintos métodos utilizados utilizan parámetros y factores de corrección que hacen 
una aproximación del valor. En la actualidad estos métodos se realizan de una 
manera eficaz debido al uso de la tecnología, la sensibilidad del método permite 
obtener resultados confiables, se basan principalmente en la formación de gotas y 
la capilaridad que presenta el líquido sobre un sólido. 
La capilaridad es otra característica importante de los líquidos, así como su 
capacidad de humectar una superficie, mejor conocida como mojabilidad. Es de 
gran importancia tener en cuenta esta propiedad de los líquidos, ya que no se 
comportan de la misma manera en todos los sólidos, esto depende de la naturaleza 
de ambos sistemas, líquido y sólido (Ilustración 1) (Szigety, Viau, Tintori Ferreira, & 
Gibbs, 2012). 
 
Ilustración 1.- Representación gráfica de la mojabilidad de un líquido 
 
La mojabilidad se calcula a partir de la energía libre superficial (γ) se define en las 
interfaces sólido/vapor (γSV), sólido/líquido (γSL) y líquido/vapor (γLV). Los valores de 
θ pueden ser obtenidos en al menos dos líquidos de diferentes polaridades, 
calculándose los valores de g del sólido como la suma de dos términos dominantes 
y que se refieren a las interacciones apolares (dispersión) dγs y polares pγs (Dos 
Santos & Goncalves, 2016). 
Utilizando la siguientes fórmulas se obtiene la mojabilidad; 
𝛾𝐺𝑠 = 𝛾𝑆𝐿 + 𝛾𝐺𝐿 cos 𝜃 
Y, 
𝑘𝑤 =
𝛾𝑠𝑔 − 𝛾𝑠𝑙
𝛾𝑙𝑔
 
De tal manera que la mojabilidad se puede determinar calculando; 
cos 𝜃 
Si el ángulo de 𝜃≈90º entonces el líquido difícilmente moja la superficie, si 𝜃>90º 
hablamos de un líquido que no moja la superficie, por el contrario, si 𝜃<90º entonces 
afirmamos que el líquido es capaz de mojar la superficie. 
En el presente se describe el proceso de cuantificación de la mojabilidad de cuatro 
sustancias líquidas (agua, etanol, acetona y aceite comestible) sobre una superficie 
sólida (vidrio, madera, aluminio, teflón), formando una gota sobre cada una de las 
superficies, que nos permitirán evaluar el ángulo de contacto entre la superficie y 
los líquidos. 
 
Metodología 
 
Materiales 
Las sustancias líquidas se obtuvieron de la residencia actual, es decir, sustancias 
de uso cotidiano en el hogar; un gotero, una superficie de cristal, una pieza de 4 x 
4 cm de lata de aluminio, una superficie de madera lisa, y trozos de cinta teflón. 
 
 
 
 Método 
Se colocaron las superficies sobre una base sólida obscura, y un fondo obscuro, en 
seguida, con ayuda del gotero se fue colocando una gota de cada uno de los líquidos 
sobre cada una de las superficies sólidas, posteriormente se tomó una fotografía 
del perfil de la gota y la superficie, con el fin de poder calcular el ángulo de contacto 
del líquido sobre la superficie. 
Cada imagen fue tratada en una aplicación para teléfonos obtenida de la plataforma 
PlayStore, la cual se llama Protractor. 
Resultados 
 
 
 
 
 
 
En la Ilustración 2 
podemos observar 
la formación de 
gotas de agua en 
las distintas 
superficies, 
podemos observar 
en a y c una 
mojabilidad de la 
superficie notoria, 
mientras que en b y 
d la mojabilidad es 
difícil, estas 
superficies son 
hidrofóbicas. 
Ilustración 2.- Formación de gotas de agua en distintas superficies 
 
 
Ilustración 3.- Formación de gotas de etanol en distintas superficies 
 
El etanol es una sustancia que fácilmente moja las superficies y se comprueba en 
la Ilustración 3, donde a, b y c presentan una mojabilidad más evidente que en el 
caso de las gotas de agua, mientras que en teflón no hubo mojabilidad, 
demostrando su efecto hidrofóbico de nueva cuenta. 
 
 
Ilustración 4.- Formación de gotas de acetona en distintas superficies 
 
Para el caso de la acetona, se observó que las gotas presentan un 
comportamiento similar al etanol, con ligeras diferencias, en la Ilustración 4, se 
presentan las imágenes de las gotas de acetona formadas, y se puede distinguir 
que las tres primeras superficies, es decir en a, b y c, la mojabilidad es evidente, 
por el contrario, en d se presenta el efecto hidrofóbico del teflón. 
 
 
Ilustración 5.- Formación de gotas de aceite en diversas superficies 
 
En el caso del aceite, sabemos que es una sustancia que difícilmente moja una 
superficie; sin embargo, es posible que en función del tiempo se de una 
mojabilidad de la superficie, la Ilustración 5 demuestra que la mojabilidad de de la 
superficies es similar, o incluso más que en el caso del agua, por ejemplo en a se 
observa alto nivel de mojabilidad, mientras que en b y c, comienza a dificultarse la 
mojabilidad, y finalmente en la superficie de teflón (d) la gota de aceite comienza a 
mojar la superficie en comparación con las sustancias anteriores. 
 
En la tabla 1, se concentran los resultados de la medición de los ángulos de contacto 
entre las superficies y las gotas formadas de las distintas sustancias. Donde la 
comparación de los valores obtenidos indican cuales sustancias son las que poseen 
mayor mojabilidad, siendo el etanol y la acetona los que presentan ángulos de 
contacto de menor tamaño. 
Tabla 1.- Tabla de los valores del ángulo de contacto entre las superficies y la gota formada 
 
Para finalizar se realizan los cálculos con la fórmula de cos θ para obtener el valor 
de la mojabilidad, donde, el valor 1 indica un total de mojabilidad por parte de la 
gota, mientras que un valor de -1 indicaría nula mojabilidad. La Tabla 2, concentra 
los resultados de la mojabilidad de las sustancias sobre las superficies analizadas. 
Tabla 2.- Tabla de valores de mojabilidad de las sustancias sobre las superficies 
 
 
Conclusión 
 
Las propiedades fisicoquímicas las podemos observar todos 
los días en distintas circunstancias, pero muchas veces no se 
presta la atención debida a estos fenómenos. Sin embargo, 
son de suma importancia para las aplicaciones en las que son 
utilizados, cuando las superficies entran en contacto con una 
solución que los moja constantemente puede provocar una 
disminución en la eficiencia del rendimiento del material. 
Por otro lado, el fenómeno de absorción de la solución puede 
no estar presente, sino que la superficie le permite mojarla sin 
tener que absorber la sustancia, como el caso del vidrio y el 
aluminio. Además, la mojabilidad se puede dar en función del 
tiempo como sucedió con la gota de aceite sobre teflón.Referencias 
Dos Santos, S. N., & Goncalves, D. (2016). Cambios en la mojabilidad en 
superficies de maderas tratadas térmicamente: ángulo de contacto y 
energía libre superficial. Maderas, Ciencia y Tecnología, 383-394. 
Szigety, E., Viau, J., Tintori Ferreira, M. A., & Gibbs, H. (2012). Tensión superficial: 
un modelo experimental con materiales sencillos. Revista Eureka sobre 
Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 393-400.