Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Tensión superficial y mojado


La tensión superficial y el mojado son conceptos fundamentales en la química de superficies y coloides. Estos fenómenos son importantes para comprender una amplia gama de procesos en las ciencias físicas y tienen aplicaciones prácticas en una variedad de industrias, incluyendo cosméticos, farmacéuticos e ingeniería de materiales.

Entendiendo la tensión superficial

La tensión superficial es la fuerza que hace que la superficie de un líquido se contraiga y se comporte como una membrana elástica estirada. Es causada por fuerzas cohesivas entre las moléculas del líquido, que son particularmente fuertes en la superficie. En un líquido a granel, las moléculas experimentan fuerzas de todas las direcciones que están equilibradas. Sin embargo, las moléculas en la superficie están sujetas a fuerzas netas hacia adentro porque hay menos moléculas vecinas en el exterior.

Considere una molécula de superficie:

    dentro de la molécula líquida en la superficie
    Ooo Ooo
    O^O^ O^^^
    Ooo Ooo

Las fuerzas hacia adentro que actúan sobre la superficie de un líquido dan lugar a un fenómeno conocido como tensión superficial. Por esta razón, los objetos pequeños, o incluso algunos insectos, pueden flotar en la superficie del agua sin hundirse si no rompen significativamente las fuerzas cohesivas del líquido.

Factores que afectan la tensión superficial

La tensión superficial puede verse afectada por varios factores:

  • Temperatura: Un aumento en la temperatura generalmente disminuye la tensión superficial, porque el aumento de movimiento molecular reduce las fuerzas cohesivas.
  • Impurezas: La presencia de impurezas o surfactantes, que reducen las fuerzas cohesivas, puede disminuir significativamente la tensión superficial.
  • Naturaleza del líquido: Cada líquido tiene su propia tensión superficial intrínseca que depende de su estructura molecular. Por ejemplo, el agua tiene una alta tensión superficial debido al enlace de hidrógeno.

Ejemplo: La tensión superficial del agua a 20°C es de aproximadamente 72,8 mN/m, lo cual es mucho más alto que la mayoría de los líquidos orgánicos. Esto explica por qué las gotas de lluvia son esféricas; los líquidos minimizan su área superficial para un volumen dado, formando esferas.

Mojado

El mojado es la capacidad de un líquido para mantener el contacto y extenderse sobre una superficie sólida, resultante de interacciones intermoleculares en la interfaz entre el líquido y el sólido. El mojado describe cómo el líquido interactúa con la superficie y si se extiende en una película delgada o forma gotas.

Superficie mojable Superficie no mojable
    ,
     ,
    ,

    Detallado: 
    El mojado ocurre cuando las fuerzas adhesivas entre un líquido y un sólido son más fuertes que las fuerzas cohesivas dentro del líquido.

Mojado y ángulo de contacto

El grado de mojado generalmente se describe por el ángulo de contacto (θ), que es el ángulo formado por el líquido en la frontera trifásica donde se intersectan el líquido, el gas y el sólido. Un ángulo de contacto más bajo indica mejor mojado.

  • Ángulo de contacto alto (θ > 90°): Indica pobre mojado (por ejemplo, agua sobre cera).
  • Ángulo de contacto bajo (θ < 90°): Indica mejor mojado (por ejemplo, agua sobre vidrio).

Cos(θ) = (γ SG - γ SL ) / γ LG , donde:

γ SG = energía libre de superficie entre sólido y gas
    γ SL = energía libre de superficie entre sólido y líquido
    γ LG = tensión superficial entre el líquido y el gas

La ecuación de Young correlaciona estas energías de superficie con el ángulo de contacto, ayudando a entender y predecir el comportamiento del mojado.

Agentes humectantes y tensioactivos

Los tensioactivos o agentes humectantes son compuestos que reducen la tensión superficial entre dos líquidos o entre un líquido y un sólido. Los tensioactivos constan de dos partes: una cola hidrofóbica y una cabeza hidrofílica. La cabeza hidrofílica se siente atraída por el agua, mientras que la cola hidrofóbica repele el agua y forma una interfaz con el aire o los aceites.

  • Aplicaciones: Los tensioactivos se utilizan en detergentes, emulsificación y formación de espuma.
  • Efecto: Al reducir la tensión superficial, aumentan la humectación de las superficies.

Ejemplo: El jabón es un tensioactivo común. Cuando se añade jabón al agua, reduce la tensión superficial del agua, permitiéndole extenderse y penetrar los poros de la ropa y otros materiales más fácilmente.

Aplicaciones prácticas de la tensión superficial y el mojado

La tensión superficial y el mojado tienen numerosas aplicaciones en situaciones industriales y cotidianas:

  • Cosméticos: Los humectantes maximizan la humedad e hidratación de la piel al reducir la tensión interfacial de la piel.
  • Impresión: En la impresión por inyección de tinta, la tensión superficial de la tinta afecta su extensión y adherencia a varias superficies.
  • Pintura: Las formulaciones de pintura se ajustan para asegurar propiedades de mojado y adhesión adecuadas sobre diversas superficies.
  • Tratamientos metálicos: En procesos como el electrochapado, la tensión superficial determina el grosor y la uniformidad del recubrimiento.

Ejemplos y cálculos

Consideremos el siguiente ejemplo para ilustrar el mojado. Supongamos que tiene gotas de aceite sobre una superficie metálica y se añade un tensioactivo para mejorar el mojado.

Cálculo de ejemplo:

dado:
    γ SG = 50 mN/m, γ SL = 20 mN/m, γ LG = 30 mN/m

    Resolver para el ángulo de contacto (θ):
    Cos(θ) = (γ SG - γ SL ) / γ LG
    Cos(θ) = (50 - 20) / 30
    Cos(θ) = 30 / 30
    Cos(θ) = 1
    θ = 0° (mojado completo)

Los cálculos muestran que la superficie es completamente mojable con el tensioactivo, indicando una extensión eficiente y contacto del líquido sobre la superficie sólida.

Desafíos y consideraciones ambientales

Aunque muchas aplicaciones se han beneficiado del uso de tensioactivos, es necesario considerar los impactos ambientales. Algunos tensioactivos no son biodegradables y pueden contribuir a la contaminación del agua. El desarrollo de tensioactivos verdes y biodegradables es necesario para minimizar estos impactos.

Conclusión

La tensión superficial y el mojado son importantes para entender diversas interacciones químicas y físicas en superficies e interfaces. Con el desarrollo histórico de la química de superficies y coloides, estos fenómenos continúan inspirando avances en tecnología, ciencia de materiales y estudios ambientales. La búsqueda de propiedades de materiales avanzadas y formulaciones respetuosas con el medio ambiente sigue siendo un área vibrante de investigación y desarrollo.


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