Instituto Tecnológico de Colima

Ingeniería Bioquímica

Fisicoquímica

“Unidad 3 : Fenómenos de superficie”

Víctor Daniel Hernández Villanueva

Jonathan Villa Hernández

Hussein Torres Velazco

IBQ. Ana Cecilia Ramírez

Villa de Álvarez, Colima. 13 de julio de 2011

Tension superficial

Calibración de un hidrómetro

Un hidrómetro es un instrumento que permite medir el caudal, la velocidad o la fuerza de los líquidos que se encuentran en movimiento, dependiendo de la graduación y aplicación de este mismo .En la calibración de hidrómetros se usa la siguiente ecuación utilizando el método de Cuckow:

Donde es la densidad del hidrómetro en punto x; es la densidad del líquido; es

la densidad del aire; es la masa del hidrómetro en el aire; es la masa del

hidrómetro en el líquido en punto x; es el valor de pi; es el diámetro de la espiga

en punto x; es el valor de la aceleración de la gravedad; es la tensión superficial

del líquido en el que se va a usar el hidrómetro; y es la tensión superficial del

líquido en el que se va a calibrar en el hidrómetro.

Como se observa en la ecuación anterior, existen dos valores de Tension Superficial, en los que además se involucra el diámetro de la espiga. Un Δ en el valor de TS de 0,01 N/m producirá un Δ en el valor de densidad de 0,1 kg/m3, valor no despreciable para las calibraciones de algunos densímetros de inmersión considerando que pueden tener resoluciones desde 0,01 kg/m3.

Tensión Interfacial

Emulsionantes para preparación de helados

Una emulsión es una dispersión de una substancia inmiscible en otra. Algunos ejemplos típicos en el helado son: la dispersión de grasa en agua y la de aire dentro del producto congelado. Debido a la tensión interfacial entre los componentes, es difícil la formación de una emulsión. Los productos que son capaces de reducir esta tensión interfacial, facilitando así la formación de una emulsión, son llamados emulsionantes.

Los tipos de emulsionantes mas extensamente empleados en la elaboración de helados son los mono-digliceridos de los ácidos grasos. Estos se obtienen haciendo reaccionar las grasas (triglicéridos) con glicerina.

El ingrediente funcional de los mono-digliceridos es el 1-monoglicerido, que consta de una parte hidrófila (glicerina) y de una cadena lipofila de ácido graso. En una mezcla grasa/agua, el monoglicerido se colocara, durante el proceso, en la capa interfacial entre ambas, orientando la parte de glicerina hacia la fase acuosa y la cadena de ácido graso hacia la fase grasa. Esto reduce la tensión superficial e impíde la floculacion de los glóbulos de grasa, evitando así la separación de las dos fases.

Adsorción de partículas disueltas

Cromatografía de adsorción

Se realiza generalmente en columna (también es posible en capa fina), que se rellena de un adsorbente adecuado. El sistema es bañado por un solvente que fluye a través de la columna para comprobar el funcionamiento de la misma. Por la parte superior se introduce la sustancia a separar disuelta adecuadamente. Se deja fluir por la columna. Antes de que ésta quede totalmente seca se incorporan los disolventes de acuerdo con la solubilidad de las sustancias, sufriendo durante su arrastre interacciones de polaridad con el sólido adsorbente. Los eluatos son recogidos para su determinación posterior, normalmente por un método espectroscópico (espectrofotometría, espectrofluorimetría). Las separaciones se basan en las diferencias de distribución de los solutos entre el adsorbente (fase estacionaria) y el disolvente (fase móvil) de acuerdo con sus respectivas isotermas de adsorción

Los adsorbentes más utilizados, ordenados de mayor a menor actividad son:

• Alúmina

• Sílice

• Carbonato cálcico

Este tipo de cromatografía se utiliza en el laboratorio clínico para la separación de 17-cetoteroides, 17-hidroxicorticoides, catecolaminas y otras sustancias urinarias.

Cromatografía de intercambio iónico

Esta cromatografía está basada en las interacciones electrostáticas que se producen entre los grupos ionizables de los productos a separar y los grupos cargados unidos a un soporte inerte (fase estacionaria). Existen dos clases principales de soportes (cambiadores), según el tipo de grupos enlazados que posea:

• Catiónicos: con grupos cargados negativamente y que intercambian iones del medio con carga positiva.

• Aniónicos: con grupos positivos y que intercambian iones negativos.

Los grupos cargados de la matriz insoluble determinan el tipo y la fuerza del cambiador. La fase cargada inmóvil está inicialmente neutralizada por cationes o aniones (contraiones), dependiendo de su naturaleza. Cuando la mezcla iónica a separar se pone en contracto con la fase inmóvil, en condiciones oportunas de fuerza iónica y pH, se produce el intercambio iónico formándose sales y asociaciones iónicas entre la fase estacionaria y la móvil:

• Los grupos fenólico, carboxilo y sulfónico se utilizan como cambiadores catiónicos.

• Los grupos amino, alifático y aromático, se utilizan como cambiadores aniónicos.

Este tipo de cromatografía se usa para la separación de aminoácidos, péptidos, proteínas, nucleótidos y, en general, para los compuestos que tengan naturaleza iónica. En clínica, se utilizan para la separación de hemoglobinas, isoenzimas, esteroides, etc.

Adsorción de partículas de una fase gaseosa

Filtros industriales

El sistema de filtros consiste en hacer pasar una corriente de gases cargados con partículas de polvo a través de un medio poroso donde queda atrapado el polvo. El filtro de mangas ha sido uno de los más utilizados durante los últimos años, ya que pueden tratar grandes volúmenes de gases con altas concentraciones de polvo. Con este tipo de equipos pueden conseguirse rendimientos mayores del 99%, independientemente de las características de gas, haciendo posible la separación de partículas de un tamaño del orden de 0.01 micras. Conforme pasa el gas, la capa de polvo depositado sobre el material filtrante, que colabora en el proceso de interceptación y retención de partículas de polvo, se va haciendo mayor, aumentando la resistencia al flujo y la pérdida de carga, lo que obliga a disponer de mecanismos para la limpieza automática y periódica del filtro.

Hoy en día, el filtro cerámico ha adquirido una mayor importancia en los procesos de depuración de gases. La eficacia filtrante de este tipo de filtros es muy cercana al

100%, excepto si las partículas son de tamaño submicrónico en su mayor parte, o el tamaño del gránulo o fibra que forman el filtro cerámico es grande.

Lavadores y absorbedores húmedos

Los lavadores y absorbedores húmedos son equipos en los que se transfiere la materia suspendida en un gas portador a un líquido absorbedor en la fase mezcla gas-líquido, debido a la colisión entre las partículas de polvo y las gotas de líquido en suspensión en el gas.

Bibliografía

http://www.cenam.mx/simposio2008/sm_2008/memorias/M1/SM2008-M108-1050.pdf

http://revistastaninos.tripod.com/estabili.htm

http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Atmosfera/TecnoDescontaminacionAire.htm#Proceso_de_adsorción

http://es.wikipedia.org/wiki/Absorci%C3%B3n_(qu%C3%ADmica)

Martínez Antonio de Luis (2004). Mc Graw Hill. Termotecnia básica para Ingenieros químicos: bases termodinámica aplicada.

Mulller, Paul G (1990). Tecnologías de América del norte para el procesamiento de alimentos.

Palomo Martínez Gloria Guadalupe (1993). Atlas de ubicación de productos agropecuarios utilizables en la planificación y desarrollo de la acuicultura en México.

Consuelo Jiménez. Química física para ingenieros químicos (2000). Editorial

Limusa, argentina.

Francisca Tomás Alonso. Termodinámica química. (1999). Reverte, Barcelona España.

Glosario

1. Absorción (absorption):  Química, la absorción es la operación que consiste en la separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido con el cual forma solución.Física, la absorción es la pérdida de la intensidad de una radiación al atravesar la materia. Los colores son reflejados por la luz blanca del sol, por lo que cuando un objeto es alcanzado por un haz de luz solar, absorbe todos los colores y refleja el color del espectro que corresponde a la onda emitida por el pigmento que posee en la superficie.

2. Adhesión (adhesion): Fuerza que une moléculas de una sustancia con otras de diferente naturaleza Proceso para hacer que un material se fije a otro.

3. Adsorbato (adsorbate): m. FÍS. y QUÍM. Sustancia adsorbida en la superficie de un adsorbente: el adsorbato se adhiere sobre la superficie del adsorbente por un proceso de adsorción.

4. Adsorbente (adsorbent): es un sólido que tiene la capacidad de retener sobre su superficie un componente presente en corrientes líquidas o gaseosas. Se caracterizan por una alta superficie específica y por su inercia química frente al medio en el que se van a utilizar.

5. Adsorción (adsorption): Fenómeno de superficie.- Concentración de una sustancia sobre la superficie de un sólido o líquido. La sustancia atraída es la fase adsorbida o adsorbato, el sólido o líquido de superficie expuesta es el adsorbente o sustrato.

6. Calor de adsorción (Heat of adsorption): El proceso de adsorción en general es exotérmico. Siendo un proceso espontaneo, ∆G es negativo.

7. Capa interfacial (interfacial layer): tiene propiedades distintas a cada una de las fases y las propiedades mecanicas de estaa capa, pueden expresarse en función de una superficie geométrica de tensión uniforme llamada superficie de tensión.

8. Cohesión (cohesion): Fuerza que une entre sí a moléculas de una sola sustancia. Ó Ligazón o unión recíproca entre las moléculas de una sustancia homogénea.

9. Elevación capilar (capillary rise): Elevación de un líquido interior en los tubos de pequeña sección o dentro de fibras huecas, cuando la fuerza de atracción capilar intermolecular es mayor que la fuerza gravitatoria.

10.Émbolo (plunger): es una barra cuyos movimientos se encuentran limitados a una sola dirección como consecuencia del emplea de guías. Solamente está sometido a esfuerzos de tracción y compresión.

11. Interfase (interface): la superficie o separación entre dos fases físicas o químicas diferentes.

12. Isoterma de Freundlich (Freundlich isotherm): La isoterma de adsorción de Freundlich o ecuación de Freundlich es una isoterma de adsorción, que es una curva que relaciona la concentración de un soluto en la superficie de un adsorbente, con la concentración del soluto en el líquido con el que está en contacto.

13. Isoterma de Langmuir (Langmuir isotherm): La ecuación de Langmuir, o ecuación de adsorción de Langmuir, es aquella igualdad que relaciona la adsorción que presentan determinadas moléculas cuando se encuentran en una superficie en estado sólido, con las concentraciones, o presiones de gas del medio que se sitúa sobre la superficie sólida anteriormente mencionada, todo ello a un temperatura constante

14.Líquidos inmiscibles (immiscible liquid): Fe refiere a la propiedad de algunos líquidos para mezclarse en cualquier proporción, formando una solución homogénea.

15.Película líquida (liquid film): está delimitada por dos superficies, la anterior y la posterior

16.Tensión interfacial (interfacial tension): Dos fluidos inmiscibles en contacto no se mezclan y los separa una interfase, es el resultado de efectos moleculares por los cuales se forma una interfase o superficie que separa estos fluidos; si σ es nula, entonces se dice que los fluidos son miscibles entre sí.

17.Penetración superficial (shallow penetration): cuando un líquido penetra la primera capa molecular del segundo líquido, de esta forma rompiendo su tensión superficial en ese punto.

Bibliografía

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