FENOMENOS INTERFACIALES

TENSIÓN SUPERFICIAL E INTERFACIAL La tensión superficial como fuerza por unidad de longitud Energía libre superficial Método del anillo Método del ascenso capilar Otros métodos Influencia de la temperatura sobre la tensión superficial INTERFASE LÍQUIDA Definiciones Adsorción Coeficiente de extensión Películas superficiales y balanza superficial

INTERFASE SÓLIDA Adsorción en la interfase sólido-gas Adsorción de una disolución AGENTES TENSOACTIVOS Características de los agentes tensoactivos Clasificación hidrófila-lipófila de los sistemas Agentes humectantes Agentes solubilizantes Agentes espumantes y antiespumantes Detergentes Acción antibacteriana de los agentes tensoactivos

La interfase constituye el límite o separación entre dos fases, las cuales pueden estar formadas por líquido y gas, líquido y líquido, líquido y sólido, sólido y gas, y sólido y sólido. La superficie de un cuerpo líquido o sólido es una interfase entre un gas y un líquido, o entre un gas y un sólido; así, por ejemplo, el tablero de una mesa es una superficie sólido-gas.

La materia en estado coloidal se caracteriza por presentar una gran superficie. Al área superficial por unidad de peso o por unidad de volumen de una partícula se la denomina superficie específica. Un bloque con un volumen de 1 cm³  tiene un área superficial de 6 cm², y si se escinde en 10²¹ partículas, el volumen total de todas sigue siendo 1 cm³, pero ahora el área superficial es 6 000 m², igual, aproximadamente, al tamaño de un campo de fútbol y, en consecuencia, la superficie específica de la muestra ha aumentado en un factor de 10 millones.

Para pulverizar un cubo en pequeñas partículas se requiere un gasto de energía o trabajo, de aquí que las partículas resultantes tengan un alto contenido de energía libre superficial. Ahora bien, de acuerdo con el segundo principio de Termodinámica, todo sistema físico tiende a perder energía cuando se encuentra en un nivel energético superior al de sus alrededores. Por esto, al dispersarse el aceite en pequeños glóbulos para formar una emulsión, las partículas adquieren primero una gran energía superficial, y después, siguiendo el principio indicado, tienden a unirse o coalescer, para así reducir su superficie total y, por tanto, disminuir también su energía super­ficial; siendo ésta, pues, la razón de la destrucción espontánea de una emulsión.

TENSION SUPERFICIAL E INTERFACIAL

La fuerza, por unidad de longitud, que se requiere para aumentar una superficie se conoce como tensión superficial, y viene expresada en el sistema cgs en dinas por centímetro. La tensión interfacial es la fuerza o tensión existente en la interfase entre dos líquidos inmiscibles y también se expresa en dinas por centímetro. Si dos líquidos son miscibles, entre ellos no existe tensión interfacial alguna. En la tabla 1 se dan algunos valores representativos de las tensiones superficiales e interfaciales.

TABLA 1

Tensiones superficiales y tensiones interfaciales (frente al agua) a 20 °C*

Sustancia		Tensión superficial (dyn/cm)	Sustancia	Tensión interaacial frente al agua (dyn/cm)
Agua  ................................		72,8	Tetracloruro de carbono.	45,0
Acido oleico  ......................		32,5	Benceno ......................	35,0
Benceno  ...........................		28,9	Cloroformo ...................	32,8
Cloroformo  ........................		27,1	Acido oleico .................	15,6
Tetracloruro de carbono   ....		26,7	Alcohol n-octílico .........	8,52
Aceite de ricino  .................		39,0	Acido caprílico .............	8,22
Aceite de oliva   .................		35,8	Aceite de oliva .............	22,9
Aceite de semilla de algo-
	dón ..............................	35,4
Vaselina líquida  ...............		33,1

La tensión superficial como fuerza por unidad de longitud. La tensión que existe en la superficie de un líquido se pone de manifiesto al colocar, cuidadosamente, sobre ella una aguja engrasada, observándose cómo permanece sobre la citada superficie sin atravesarla. También puede demostrarse la tensión superficial mediante un bastidor de alambre en el que existe una varilla movible, como se muestra en la figura 1, y poniendo, sobre este bastidor, una gota de disolución jabonosa que forma: una película sobre el área ABCD. Esta película puede estirarse aplicando una fuerza f (un peso) a la varilla movible de longitud L, que actúa contra la tensión de la película de jabón, pues cuando se quita el peso, la película se volverá a contraer a consecuen­cia de su tensión superficial. La tensión superficial y es la fuerza, por unidad de longitud, a lo largo de la varilla, existente en la superficie

de la película, y que se opone al aumento de la citada superficie. Ahora bien, como tanto la superficie superior como la inferior (por encima y por debajo del plano del dibujo) están en contacto con la varilla, la longitud total a considerar será 2L.

Por tanto, la tensión superficial de la disolución se calcula a partir de la expresión:

[1]

en donde f_b es la fuerza necesaria para romper la película y 2L es el doble de la longitud de la varilla móvil.

Ejemplo 1. Si la longiutd L de la varilla es de 5 cm y la masa necesaria para romper la película fue de 0,5 g, ¿cuál es la tensión superficial de la disolución jabonosa?

Recuérdese que la fuerza ejercida hacia abajo es igual a la masa multiplicada por la aceleración de la gravedad. Por tanto:

Energía libre superficial. Para poder calcular el trabajo realizado (energía) al aumentar el área superficial, se puede escribir la ecuación [1] así x 2L = f. Cuando la varilla está en la posición AD y se cuelga el peso necesario para aumentar la superficie en una cantidad ds, el trabajo, dW (fuerza multiplicada por distancia), realizado será:

y, puesto que 2L x ds es igual al aumento del área superficial, dA, producido al extender más la película de jabón:

que para una variación finita será:

2]

en donde W es el trabajo realizado, o sea, el incremento de la energía libre superficial expresada en ergios, la tensión superficial en dinas por centímetro y A es el incremento del área en centímetros cuadrados. Como toda forma de la energía consta de un factor de intensidad y otro de capacidad (pág. 689), en este caso la tensión superficial es el factor de intensidad  y la variación del área el factor de capacidad de la energía libre superficial. Por tanto, según la ecuación [2], la tensión superficial puede definirse como la variación de la energía libre superficial por incremento unitario del área superficial. Algunos químicos, especializados en coloides, simplifican esta definición y denominan a la tensión superficial, "energía libre superficial", o "energía superficial libre", pero como esta terminología se presta a confusiones, no será empleada aquí.

Ejemplo 2. ¿Qué trabajo sé requiere en el ejemplo 1 para que la varilla experimente el desplazamiento de 1 cm hacia abajo, tal como indica la figura 1 ?

Puesto que el área aumenta 10 cm², el trabajo realizado viene dado por la ecuación:

W = 49 dyn/cm x 10 cm² = 490 erg

Método del anillo. El tensiómetro de Du Noüy es, probablemente, el aparato más usado para medir la tensión superficial e interfacial, y se basa en él principio antes descrito. El instrumento consiste en un anillo de platin-iridio que se pone en contacto con la superficie del líquido, como se observa en la figura 2. La fuerza necesaria para separar el anillo de la superficie del líquido se suministra mediante un hilo de torsión y se registra en dinas sobre un dial calibrado. La tensión superficial vendrá dada por la fórmula (compárese con la ecuación [1] ):

Aunque el error de este método es, por lo general, inferior al 5 %, HARKINS y JORDAN ¹ han llamado la atención sobre la posibilidad de introducir errores de hasta un 30%, a no ser que se aplique el factor de corrección necesario. Con el aparato se suele suministrar una gráfica para calcular rápidamente el factor de corrección adecuado.

Método del ascenso capilar. La tensión superficial puede determinarse midiendo el ascenso de un líquido a través de un tubo capilar. En un líquido, a las fuerzas que existen entre las moléculas del mismo se las da el nombre de fuerzas de cohesión, y a las que se manifiestan

entre moléculas diferentes, como, por ejemplo, las de un líquido y las paredes de un tubo capilar de vidrio, se las llama fuerzas de adhesión. Pues bien, cuando en la superficie de un líquido las fuerzas de adhesión, entre sus moléculas y las de la pared del tubo capilar, son mayores que las de cohesión, el líquido moja las paredes, se extiende sobre ellas y asciende por el tubo capilar. Fenómeno éste que servirá para medir directamente la tensión superficial del líquido.

Considérese, como se indica en la figura 3, un capilar de radio interior r, que se introduce en un líquido capaz de mojar la superficie de aquél. A consecuencia de la tensión superficial, el líquido ascenderá por el tubo capilar hasta que la fuerza responsable del ascenso se equilibra con la fuerza gravitatoria, de sentido contrario, debida al peso del líquido ascendente. Como se observa en el esquema ampliado de

la figura 4, la componente hacia arriba de la fuerza resultante de la tensión superficial del líquido viene dada, en cualquier punto de la circunferencia, por:

Y la fuerza total ascendente que se manifiesta alrededor de la circunferencia interior del tubo será:

en donde es el ángulo de contacto entre la superficie del líquido y la pared del capilar, y es la longitud de la circunferencia interior del capilar. Para el agua y otros líquidos de uso frecuente, el ángulo es muy pequeño debido a que el líquido moja bien la pared del capilar, y por eso, para fines prácticos, se suele considerar a cos como la unidad (véase la parte izquierda de la finura 4).

La fuerza debida a la acción de la gravedad (masa x aceleración) que se opone a la responsable del ascenso capilar, viene dada por el producto del área de la sección recta , la altura h de la columna líquida, hasta el punto inferior del menisco, la diferencia de la densidad del líquido py su vapor y la aceleración de la gravedad, es decir, , expresión en la que el último término w implica el peso de la parte superior del menisco. Cuando el líquido ha alcanzado su altura máxima, la cual puede leerse en la graduación del propio tubo capilar, las fuerzas opuestas, antes citadas, pueden calcularse, despreciando la densidad del vapor, el ángulo de contacto y w, mediante la expresión:

Ejemplo 3. Una muestra de cloroformo, a 20 ºC, ascendió hasta una altura de 3,67 cm, en un tubo capilar cuyo radio interior es de 0,01 cm. ¿Cuál es la tensión superficial del cloroformo a esta temperatura? La densidad del cloroformo es 1,476 g/cm³

Otros métodos. Para determinar la tensión superficial e interfacial también se emplean otros métodos, entre los que se incluyen el de la presión de máxima burbuja y el del peso de la gota. CAMPBELL, CHRISTIAN y EATON ² han ideado una modificación de la técnica de, la gota pendiente para la determinación rápida de la tensión superficial.

Influencia de la temperatura sobre la tensión superficial.  La tensión superficial de la mayor parte de los líquidos disminuye linealmente al aumentar la temperatura, o sea, al elevarse la energía cinética de las moléculas. Así, en el caso del agua, la tensión superficial a 0 ºC es 75,6 y a 75 ºC es 63,5 dyn/cm. La tensión superficial de un líquido se hace cero en las proximidades de su temperatura crítica.

INTERFASE LIQUIDA

Definiciones. Ciertas sustancias, cuando se dispersan en el seno de un líquido, tienden a emigrar y concentrarse en la superficie o interfase del líquido. A todas aquellas sustancias o cuerpos que se con­centran en una superficie o interfase se les da el nombre de agentes superficialmente activos, y modernamente se les conoce como agentes tensoactivos. Cuando las moléculas de un soluto se acumulan en la interfase gas/líquido de la disolución se dice que hay adsorción; frecuentemente se produce también adsorción cuando se ponen en con­tacto un líquido o un gas con un sólido, siendo adsorbido, en este caso, el primero (adsorbato) sobre la superficie del sólido, el cual constituye ­el material adsorbente. La adsorción no debe confundirse con la absorción, fenómeno éste por el cual el líquido o el gas llegan a penetrar dentro de los espacios capilares del absorbente. Así, por ejemplo, la toma de agua por una esponja es un caso de absorción, pero la con­centración de moléculas de alcaloide sobre la superficie de una arcilla es un fenómeno de adsorción. Cuando no hay posibilidad de discernir de cual de los dos fenómenos se trata, como sucede en ciertos procesos: complejos, entonces puede emplearse el término ambiguo de sorción.

Un caso de este tipo se presenta cuando el ácido clorhídrico, el sorbato, es tomado por el carbón vegetal activo, el sorbente, pues aquí el ácido es adsorbido por la superficie del carbón, pero, probablemente también es absorbido en los espacios capilares, hendiduras e irregularidades, los cuales son característicos del carbón vegetal, que posee un alto grado de activación. Uno de los procedimientos mediante el cual una sustancia puede ser distribuida y adsorbida en una superficie es el denominado de extensión o esparcimiento ("spreading"). Así, si se coloca una gota de ácido oleico en un extremo de la superficie de agua pura contenida en un recipiente, aquélla se extenderá rápidamente sobre la citada superficie en forma de film monomolecular (capa de una molécula de espesor). Como en seguida sé señalará, la causa de la extensión y adsorción de una sustancia sobre una superficie es, debida, muchas veces, a la estructura química especial de las moléculas de la sustancia superficialmente activa.

Adsorción. Cuando una molécula que, simultáneamente, contiene una parte polar y otra no polar (molécula hidrófila‑lipófila) se dispersa en el agua, aquélla queda adsorbida en la superficie acuosa. Se ha demostrado, mediante estudios realizados sobre las presiones superficiales, a los cuales nos referiremos más adelante, que las moléculas situadas en la superficie acuosa se orientan con los grupos polares dirigidos hacia el interior del agua y los grupos no polares hacia el aire. Además, si una molécula polar-no polar, como la del ácido esteárico u oleico, es adsorbida en una interfase agua-aire o agua-aceite, su concentración en esta interfase hace disminuir la energía libre interfacial y, por tanto, la tensión superficial. La adsorción de un ácido graso en la interfase agua-aire se esquematiza en la figura 5 a, y en la figura 5 b, la de la interfase agua-aceite, representándose la cadena carbonada de la molécula del ácido graso por un rectángulo, y el grupo carboxílico por un círculo.

GIBBS fue el primero que, en 1878, estudió cuantitativamente la adsorción, obteniendo la ecuación de la adsorción que lleva su nombre, la cual se expone a continuación, y será deducida en la página 724:

en donde es la concentración en la superficie, es decir, la cantidad de sustancia polar-no polar, por unidad de área superficial, en exceso con relación al resto del líquido, c la concentración de la sustancia en el líquido total, R la constante de los gases, T la temperatura absoluta y dy/dc es la variación de la tensión superficial de la disolución con el cambio de la concentración total de la sustancia en el líquido.

La ecuación [5] apoya lo ya establecido de que una disminución de la tensión superficial, al añadir un agente tensoactivo al líquido, es decir, cuando dy/dc es negativo, conduce a un valor positivo de , o sea, que el agente se concentra en la superficie.

Coeficiente de extensión. Cuando una sustancia como el ácido oleico, por ejemplo, se coloca sobre la superficie del agua, aquélla' se extenderá sobre ésta, formando una película, si las fuerzas de adhesión entre la sustancia y la superficie acuosa son mayores que las fuerzas

de cohesión existentes entre las moléculas de la sustancia. La energía necesaria para romper esta adhesión es lo que se denomina trabajo de adhesion.

El trabajo de adhesión se puede obtener de la siguiente forma, considerando la figura 6. En a) se aprecia un cilindro hipotético del líquido sustrato, S, de 1 cm² de sección, cubierto por otro, L, de idéntica sección, formado por el líquido extendido. Según la ecuación [2] el trabajo superficial o interfacial es igual a la tensión superficial multiplicada por el incremento del área superficial. Por tanto, el trabajo necesario para separar las dos secciones de líquido de la figura 6, cada una con un área transversal de 1 cm², estará expresado numéricamente por la tensión superficial o interfacial, puesto que el incremento del área es la unidad

Trabajo = Tensión superficial x unidad de variación de área

Según esto, como se observa en la figura 6 b, el trabajo realizado es igual a las tensiones superficiales creadas, y_L y y_S, menos la tensión interfacial y_LS que ha sido destruida en el proceso, En consecuencia, el trabajo de adhesión será:

[6]

Ahora bien, el trabajo de cohesión necesario para separar las moléculas del líquido que se extiende, de modo que éste pueda fluir sobre el sustrato, se obtiene a partir de la figura 7. Como es sabido, no existe tensión interfacial alguna entre las moléculas iguales de un mismo líquido, pero cuando en éste se divide un cilindro hipotético de 1 cm² de sección, a) se crean dos nuevas superficies, b), cada una de ellas con una tensión superficial de y_L. Por tanto, el trabajo de cohesión será:

[7]

La extensión de un aceite sobre una superficie acuosa fue explicada por HARKINS³ del siguiente modo, un tanto pintoresco y original: si el aceite gusta de sí mismo más que del agua, no se extenderá sobre ésta, pero, por el contrario, sí lo hará si gusta más del agua que de sí mismo. En otras palabras, se producirá extensión si el trabajo de adhesión ‑que representa la medida de la fuerza de atracción entre el aceite y el agua - es mayor que el trabajo de cohesión, o de un modo matemático, cuando W_a - W_c > 0 el aceite se extenderá sobre una superficie acuosa. La diferencia entre estos dos trabajos, conocida por coeficiente de extensión o esparcimiento, teniendo en cuenta las ecuaciones [6] y [7], puede expresarse así:

en donde y_S es la tensión superficial del sustrato líquido, y_L es la tensión superficial del líquido que se extiende y y_Ls la tensión interfacial entre los dos líquidos. Simplificando la ecuación [8], se llega a:

o

Ecuación ésta, [10], que nos señala cuándo se produce la extensión, puesto que S es positivo cuando la tensión superficial del líquido, sustrato es mayor que la suma de la del líquido que se extiende y la interfacial entre ambos. Pero si (y_L + y_LS) es mayor que y_S, la sustancia formará glóbulos o lentejuelas flotantes sobre la superficie del sustrato, no existiendo extensión sobre la misma. Un ejemplo de este tipo es el de aceite mineral sobre la superficie del agua.

Hasta aquí, la discusión se ha restringido a la extensión inicial. No obstante, teniendo en cuenta que, antes de que se alcance el equilibrio, la superficie del agua llega a saturarse con el aceite y éste, a su vez, se satura con agua; cuando se completa la mutua saturación el coeficiente dé extensión puede disminuir, e incluso llegar a ser negativo y, por tanto, puede producirse la extensión inicial de un aceite sobre agua; seguida de su coalescencia en glóbulos o lentejuelas cuando S llega a ser negativo. Una condición de no extensión del aceite se da cuando W_c es grande o W_a es pequeño.

En esta sección, la discusión se limita a la extensión de una película llamada “duplex film", es decir, una película de espesor suficiente como para que, tanto su superficie como su interfase, sean independientes una de la otra, por existir una capa líquida intermedia. Estas películas, que pueden tener un espesor de 100 Å o más, no son estables, y en la fase final de su extensión se transforman siempre en monocapas y lentejuelas flotantes; de aquí que el coeficiente de ex­tensión final sea siempre negativo. Así, el aceite mineral oxidado: que, con frecuencia, se vierte en los pantanos para matar las larvas de los mosquitos; inicialmente se extiende como una "duplex film" termodinámicamente inestable, y al final sé contrae en lentejuelas y en una monocapa. Por el contrario, los alcoholes, éteres y ácidos se extienden, por lo general, directamente en forma de monocapas, en lugar dé en "duplex film". Las películas monomoleculares de sustancias ligeramente solubles extendidas sobre agua se discutirán en la sección siguiente.

Ejemplo 4. Si la tensión superficial del agua y_L es 72,8 dyn/cm a 20 °C, la del benceno y_L es 28,9 y la tensión interfacial entre. el benceno y el agua y_LS es 35,0, ¿cuál será el coeficiente inicial  de extensión?

S = 72,8 – (28,9 + 35,0) = 8,9 dyn/crn (8,9 erg/cm²)

En la tabla 2 se exponen los coeficientes iniciales de extensión de algunos líquidos orgánicos sobre el agua a 20 °C.

TABLA 2

Coeficientes iniciales de extensión a 20 °C*

Sustancia	S (dynlcm)
Alcohol etílico................	50,4
Acido propiónico............	45,8
Eter etílico ...................	45,5
Acido acético ...............	45,2
Acetona .......................	42,4
Acido undecilénico.........	32 (25°)
Acido oleico..................	24,6
Cloroformo.....................	13
Benceno.......................	8,9
Hexano.........................	3,4
Octano..........................	0,22
Dibromoetileno...............	-3,19
Vaselina líquida .............	-13,4

Es importante considerar los tipos de estructuras moleculares que dan coeficientes de extensión elevados. Un aceite se extiende sobre el agua a consecuencia de los grupos polares que contiene, tales como COOH u OH; por esto, como se observa en la tabla 2, el ácido propiónico y el alcohol etílico deberán tener los más altos valores del coeficiente de extensión. Cuando aumenta la longitud de las cadenas carbonadas de un ácido, como ocurre, por ejemplo, con el ácido oleico, la razón del carácter polar‑no polar disminuye, y con ella también el coeficiente de extensión en el agua; de aquí que muchas sustancias no polares, tales como la vaselina líquida, no se extienden en agua (S = –13,4). Sin embargo, el benceno se extiende sobre ella, no por su carácter polar, sino debido a que las fuerzas de cohesión entre sus moléculas son mucho más débiles que las de adhesión con el agua.

Las aplicaciones en Farmacia de los coeficientes de extensión son evidentes, pues teniendo en cuenta que la superficie de la piel está recubierta por una capa acuo-oleosa, que posee un carácter polarno polar similar al de una mezcla de ácidos grasos, para que una loción, cuyo soporte es un aceite mineral, se extienda suave y libremente sobre la piel, deberá aumentarse su polaridad y, por tanto, su coeficiente de extensión, añadiéndole un agente tensoactivo.

Películas superficiales y balanza superficial. En uno de sus viajes a Inglaterra, BENJAMÍN FRANKLIN observó el fenómeno, que los marineros ya conocían siglos antes que él, de que cuando la grasa de cocinar era arrojada al agua, las olas se calmaban, a consecuencia de la película formada sobre la superficie del mar. Después, en 1765, prosiguiendo FRANKLIN esta observación, con un experimento realizado en un estanque de Inglaterra de acre de superficie, encontró que la aplicación de una cucharadita de aceite era suficiente para cubrir el estanque y calmar su oleaje, y calculó que la película de aceite extendido tenía un espesor de 25 Å. En 1889, lord RAYLEIGH demostró que cuando se colocaban pequeñas cantidades de ciertos aceites, ligeramente solubles, sobre la superficie limpia del agua contenida en una tinaja, el aceite se extendía sobre aquélla, formando una capa del espesor de una molécula (capa monomolecular).

Conociendo el área de la película y el volumen del líquido que se extiende, es posible calcular el espesor de dicha película, el cual es igual a la longitud de las moléculas que están en posición vertical, sobre la citada superficie, cuando forman un empaquetamiento compacto. Además, evidentemente, si se conoce el peso molecular y la densidad del aceite que se extiende, puede calcularse el área de la sección recta de las moléculas.

Ejemplo 5. Se ha indicado que BENJAMÍN FRANKLIN echó una cucharadita ( 5 cm³) de un ácido graso sobre la superficie de un estanque de acre ( 2 x 10⁷ cm²). Suponiendo que esta cantidad de ácido, cuyo peso molecular es 300 y su densidad 0,90 g/cm³, es justamente la suficiente para formar una película monomolecular condensada o compacta sobre toda la superficie del agua, calcúlese la longitud y el área de la sección recta de la molécula del ácido graso.

a) El espesor de la capa de aceite sobre el estanque es aproximadamente igual a la longitud de la molécula del ácido graso orientada verticalmente

De este ejemplo se deduce fácilmente que el área de la sección recta de una molécula viene dada por:

en la cual M es el peso molecular del líquido que se extiende, S el área superficial cubierta por la película, V el volumen del líquido que se extiende, ρ su densidad y N el número de Avogadro.

LANGMUIR, ADAM, HARKINS y otros investigadores han estudiado cuantitativamente las propiedades de las películas extendidas sobre la superficie limpia de un sustrato líquido (generalmente agua), contenido en una cubeta plana, mediante el dispositivo llamado balanza superficial, que se muestra en la figura 8. Con ésta, el film superficial puede comprimirse, contra un flotador horizontal, por medio de una barrera móvil, y la fuerza ejercida sobre el flotador se mide a partir de la deformación de un hilo de torsión, similar al empleado en el

tensiómetro de anillo. La fuerza de compresión, por unidad de área de película, que se ejerce sobre el flotador recibe el nombre de presión superficial p, y es igual a la diferencia que existe entre la tensión superficial del sustrato puro y_a y la de este mismo líquido cubierto por las películas, y_e, una vez alcanzado el equilibrio.

Para realizar un experimento con la balanza superficial, se disuelve la sustancia problema en un disolvente volátil (por ejemplo, benceno) y se deposita sobre la superficie del sustrato, previamente limpia, por medio de una banda parafinada. Entonces, el líquido se extiende formando una película, y el disolvente se evapora. A continuación, se desplaza gradualmente la barrera, en la dirección del flotador, a diferentes posiciones, se mide él área superficial cubierta por la película en cada una de estas posiciones, y al mismo tiempo se leen, en la escala del dial, las correspondientes presiones de la película. Después, se representa gráficamente la presión superficial frente al área de la

película, o mejor frente a la sección recta por molécula en Ų (para calcular el área de la sección recta a partir del área de la película, recuérdese el ejemplo 5 y la ecuación [11]), obteniéndose, de esta forma, para un ácido graso, una gráfica como la que se muestra en la figura 9. De la cual se deduce que, cuando la superficie ocupada por la película es superior a 50 Ų por molécula, la presión que ejerce sobre el flotador es pequeña; y la película se comporta de modo similar a un gas, o bien a un líquido "expandido" en dos dimensiones (película expandida); pero cuando la capa se comprime hasta un área menor, la presión superficial empieza a aumentar rápidamente, y la película adquiere las propiedades de un líquido condensado en dos dimensiones, o las de un sólido (película condensada); y, finalmente, cuando la película es fuertemente comprimida, las moléculas se deslizan unas sobre otras y la capa se rompe. Este comportamiento es análogo a los cambios de fase de gas a líquido y de éste a sólido en sistemas tridimensionales. Algunas sustancias cuando se extienden sobre el agua se comportan como gases bidimensionales, disponiéndose las moléculas independientemente unas de otras, cuando se descomprime la película. Pero, sin embargo, las moléculas de otras sustancias, cuando se descomprimen, permanecen juntas, y actúan como sólidos o líquidos bidimensionales. El área de la sección recta por molécula a presión cero, cuando la película está fuertemente empaquetada, se obtiene extrapolando la porción recta de la gráfica hasta el eje de abscisas, como se observa en la figura 9. En la tabla 3 se indican estos valores de extrapolación, para algunas moléculas orgánicas, determinadas de esta

TABLA 3

Dimensiones de moléculas orgánicas, determinadas por medio de la balanza superficial

			Area de la sección
		Longitud de la	recta
Sustancia	Fórmula	molécula	(Angstroms cuadra-
		(Angstroms, )	dos,z)
Acido esteárico ...	C17H35COOH	25	22
Triestearina.........	(C18H3502)3C3H5	25	66
Alcohol cetilico....	C16H330H	22	21
Alcohol miricflico..	C3oH610H	41	27

forma por LANGMUIR⁴. De estos valores se deduce que la molécula del alcohol mericílico, con 30 carbonos en la cadena, tiene una longitud casi doble que las de las otras sustancias; y que la triestearina, con tres cadenas de ácido graso, tiene un área de sección recta aproximadamente triple que la de las moléculas con una sola cadena alifática.

También mediante la balanza superficial puede estudiarse el Potencial eléctrico y la viscosidad de las capas monomoleculares, e incluso calcularse el peso molecular de altos polímeros, como, por ejemplo, las proteínas. En el futuro, cabe esperar que la técnica de la balanza superficial tendrá una importancia considerable para el estudio dé los sistemas biológicos, ya que algunas moléculas de proteínas de configuración esférica se presentan desenrolladas en la película plana que se forma al extenderlas sobre la superficie del sustrato, pudiéndose estudiar, entonces, la relación existente entre el desenrollamiento y la actividad biológica. El tamaño y forma de las moléculas de esteroides, hormonas y enzimas y su interacción con los medicamentos en la interfase también pueden ser investigadas por medio de la balanza superficial. Este dispositivo y sus aplicaciones se exponen en los libros de ADAM⁵, HARKINS⁶ y SOBOTKA⁷.

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