FENÓMENOS DE SUPERFICIE

El objetivo de este blog es acercar a los estudiantes y colegas de Ingeniería Química al estudio de los Fenómenos de Superficie de tal manera que cuenten con una herramienta más de consulta que complemente los materiales de consulta utilizados en su respectivo curso.


Es bien sabido que existen una serie de fenómenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo, sólido o líquido, y que son debidos a que la estructura no es igual en la superficie que en el bulto (fase continua).

Estos fenómenos se denominan fenómenos de superficie y entre ellos se encuentran la humectancia, la capilaridad, la hidrofilia, la adsorción, la sinterización y la adhesión. Todos estos fenómenos están relacionados entre sí y se basan en el desequilibrio energético que existe en la superficie del material, lo que conocemos como energía superficial.


Estos fenómenos resultan muy importantes en la industria química, debido a que las aplicaciones de alta tecnología tienen que ver con propiedades de las interfaces, por ejemplo las técnicas de modificación de superficies diseñadas para aumentar la resistencia de los materiales a la corrosión en medios hostiles o los materiales diseñados para actividades catalíticas específicas. La importancia de las interfaces se basa fundamentalmente en su inhomogeneidad inherente, es decir, sus propiedades en o cerca de la interfase pueden cambiar drásticamente con respecto a sus valores en el "bulto" del material. Por ejemplo, en algunos sólidos la expansión térmica, la resistividad eléctrica o la respuesta elástica puede ser altamente anisotrópica en la superficie.

En otros tipos de sistemas, por ejemplo en una interfase vapor-sólido, el gas puede absorberse en la superficie, cambiando las propiedades de esa región. Los fenómenos interfaciales también son importantes en la llamada recuperación de petróleo residual. En efecto, el petróleo puede a veces hallarse atrapado en rocas porosas, y al añadirle un agente químico(llamado tensoactivo, que estudiaremos más adelante) es posible reducir  la tensión interfacial y con ello hacer más fácil su extracción por un bombeo apropiado.

Los conceptos de interfase, tensión superficial, capilaridad, mojado, etc. aparecen constantemente y son la base del entendimiento para la formulación de productos químicos como emulsiones, tensoactivos, agentes humectantes, detergentes, etc. Se pueden mencionar entonces los siguientes fenómenos y problemas que tienen que ver con la fisicoquímica de superficies:

• Capilaridad.
• Películas delgadas en sustratos.
• Adsorción.
• Quimisorción.
• Fricción, lubricación, adhesión.
• Mojado, flotación, detergencia.

Algunas áreas de la ciencia y la tecnología donde encontramos partículas con características coloidales(definidas a grandes rasgos como aquellas partículas que tienen dimensiones lineales entre 10^(-7) y 10^(-4) cm.) son las siguientes:
Química Analítica: Intercambio de iones, cromatografía,
Fisicoquímica: Nucleación, sobresaturación, cristales líquidos.
Bioquímica: Electroforesis, fenómenos que ocurren en membranas, proteínas.
Manufactura Química: Catálisis, jabones y detergentes, pinturas, adhesivos, lubricantes,
Ciencias del ambiente: Aerosoles, smog, espumas, purificación del agua.
Ciencias de Materiales: Metalurgia de polvos, aleaciones, cerámicas.
Petróleo: Emulsificaciones, flotación, etc.

Finalmente quiero hacer notar que pretendo una introducción general a los conceptos y algunos cálculos, más que un tratamiento de aplicaciones.

CAMPO DE ESTUDIO DE LOS FENOMENOS DE SUPERFICIE