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Bases físico-químicas en el laboratorio clínico Marcel Sayol

Registro de la Propiedad Intelectual Número de asiento registral: 02/2006/6277

TEMA 9

DETERMINACIONES DE TENSION SUPERFICIAL - CAPILARIDAD GGEENNEERRAALLIIDDAADDEESS:: La superficie que separa un líquido en reposo con la superficie libre de la atmósfera, es un lugar que es asiento de importantes propiedades biológicas. Ocurre que las moléculas situadas en el interior de la masa líquida, son atraidas por sus moléculas vecinas con una fuerza idéntica en todas sus direcciones. Pero las moléculas que están situadas en la superficie, experimentan la atracción de las moléculas situadas por debajo y por los lados, pero no son atraidas (al menos de forma que se pueda apreciar), por las moléculas de la atmósfera. Debido a esta desigual atracción, las moléculas situadas en la superficie se encontrarán sometidas a una fuerza resultante que las atrae hacia la masa líquida, esta fuerza es lo que llamamos tensión superficial, por lo tanto la tensión superficial, será: "la desigual atracción intermolecular que experimentan las moléculas situadas en la interfase aire-líquido". Se puede comprobar facilmente este fenómeno si ponemos cuidadosamente un alfiler en la superficie del agua en reposo, comprobando que el alfiler flota, pero se hunde en seguida si se coloca dentro del líquido. Por otra parte quizás alguna vez podamos observar también a ciertas arañas de peso específico superior al del agua, que flotan y se deslizan sobre ésta cual bailarina sobre hielo, comportándose el agua como si tuviera una pequeña "capa" que le permitiera sostener objetos más densos que ella. EELL FFEENNOOMMEENNOO DDEE LLAA TTEENNSSIIOONN SSUUPPEERRFFIICCIIAALL:: Debido a la gravedad, la superficie de los líquidos es sensiblemente plana y horizontal, pero las pequeñas masas de líquido, por ejemplo una gota, experimentan un fenómeno tal que su superficie libre no es plana sino aproximadamente esférica, fenómeno que prueba que entre sus moléculas existen fuerzas de atracción capaces de vencer la gravedad. Estas fuerzas son debidas a las diferencias entre las atracciones que ejercen la masa del líquido por una parte y la atmósfera por otra, sobre las moléculas situadas en la superficie. La molécula A (figura 54) situada en el seno del líquido, atrae a todas las moléculas contenidas en una esfera cuyo centro es la propia molécula, y de radio igual a la máxima distancia que resultan sensibles las fuerzas intermoleculares (aproximadamente 10-5 mm). Por razón de simetría, la fuerza resultante es nula, por lo que la molécula puede moverse libremente. En cambio una molécula situada en la superficie (B), es atraida sólo por las moléculas de una semiesfera, y estas atracciones tienen una fuerza



resultante P, normal a la superficie. Las fuerzas tangenciales f y f', son las fuerzas causantes de la tensión superficial. FIGURA 54 Tensión superficial.

Imaginemos una superficie libre. En ella y a lo largo de una línea CD de longitud l, se situan una serie de moléculas, y en cada una de ellas actua una fuerza f y otra fuerza f' de igual intensidad y de sentido contrario, (figura 54). Esta superficie deberá actuar pues como un membrana tensa y por lo tanto tenderá a presentar la menor área posible. El valor de la resultante del conjunto de estas fuerzas, es F = f + f + f + ..... y por consiguiente será proporcional a la longitud l = CD de la línea considerada. Tendremos pues:

F = σ⋅l

Siendo σ el valor de la constante de proporcionalidad. Para demostrar lo anteriormente dicho existen varias experiencias sencillas y facilmente ejecutables en un laboratorio normal, citaremos algunas de ellas con intención no sólo de demostrar la existencia de la tensión superficial, sinó también para reforzar y profundizar en su concepto.

1) Una aguja ligeramente engrasada puede flotar en el agua. En efecto, el peso de la aguja P produce una ligera depresión (figura 55) en la superficie del agua, y las fuerzas f y f' que antes tenían resultante nula, ahora tienen una resultante R que equilibra al peso P.



FIGURA 55 Tensión superficial. Fuerzas implicadas.

2) Experimento de Van der Mensbrugghe: En una disolución de agua jabonosa, se introduce un anillo metálico (figura 56), provisto de un hilo laxo tendido entre dos puntos diametralmente opuestos del anillo. Al retirar el anillo de la disolución, se forma una película enmarcada por la circunferencia metálica, y el hilo se mueve libremente dentro de la pequeña masa de líquido que forma esta película. Si se rompe uno de los lados de la película, la otra porción queda retraida y ocupa la mínima superficie posible arrastrando al hilo, hasta que la tensión de éste equilibra la fuerza superficial.

FIGURA 56 Experimento de Van Der Mensbrugghe.



2) Sobre un bastidor rectangular de alambre (llamado modelo de Maxwell), uno de

cuyos lados AB (figura 57) es movil, se deposita una lámina de líquido. Por su tendencia a contraerse, la capa de líquido tiende a reducir su superficie y tira del lado movil de tal forma que para evitar el desplazamiento de la varilla, es necesario ejercer una fuerza F que contrareste la tendencia que tiene el líquido a contraerse.

FIGURA 57 Dispositivo de Maxwell que demuestra la existencia de tensión superficial.

CCOONNSSTTAANNTTEE CCAAPPIILLAARR -- TTEENNSSIIOONN SSUUPPEERRFFIICCIIAALL:: En la última de las experiencias anteriores (figura 57), tenemos que la fuerza F necesaria para contrarrestar la tendencia del líquido a contraerse, es proporcional a la longitud de la varilla l, pero como la película tiene dos superficies libres paralelas que actuan con la misma intensidad sobre la varilla movil, la fuerza total resultará ser:

F = σ⋅2⋅l



Al factor de proporcionalidad σ se le llama tensión superficial o bien constante capilar, y es numericamente igual a la fuerza que actua sobre una fila de moléculas de 1 cm de longitud. Consecuentemente sus unidades serán: dinas/cm, y su valor dependerá de:

1) la naturaleza del líquido

2) la temperatura

3) la naturaleza del medio de contacto con la superficie libre.

Existe otro modo de medir la tensión superficial empleando unidades del S.I. Se trata del: milinewton/metro, (mN/m). La equivalencia con la dina/cm es la misma, o sea:

1 mN/m = 1 dina/cm Puesto que:

1dina/cm=1Ndinas10x

cm101mx

mN101Nx

1m1mN=1mN/m

5

23

EENNEERRGGIIAA DDEE SSUUPPEERRFFIICCIIEE:: Consideremos aún la experiencia anterior del alambre movil de Maxwell . Si la fuerza F desplaza al alambre una longitud Δx, se realiza un trabajo (ΔT), que será igual a:

ΔT = F⋅Δx Por otra parte, el incremento de superficie (ΔS) que habrá experimentado la película al desplazarse será:

ΔS = 2⋅l⋅Δx De donde : Δx = ΔS/2⋅l y sustituyendo ΔT = F ⋅ ΔS/2⋅l y como F = σ⋅2⋅l queda: ΔT = σ⋅2⋅l⋅ΔS/2⋅l = σ⋅ΔS o lo que es lo mismo:

ST=

ΔΔσ

Por lo que se define también, que la tensión superficial o constante capilar de un líquido es: "numericamente igual al trabajo necesario para incrementar en 1 cm2 la superficie libre del mismo" y vendrá dado en ergios/cm2, que es otra unidad con la que se podrá medir también la tensión superficial.



Observemos en la tabla 24 los valores de la tensión superficial de algunos elementos.

TABLA 24

SUSTANCIA

Tensión superficial en dinas/cm, a 20 °C y en contacto con el aire.

Agua

73 (72,8)

Acetona

23

Etanol

22,3

Glicerina

65

Mercurio (2 °C)

436

Piridina

28

FFaaccttoorreess qquuee mmooddiiffiiccaann llaa tteennssiióónn ssuuppeerrffiicciiaall::

1) Temperatura: La tensión superficial de un líquido disminuye al aumentar la temperatura de éste. Por ejemplo el agua a 20 °C tiene una tensión superficial de 72,58 dinas/cm, y a 90 °C es de 60,68 dinas/cm. Este fenómeno se debe a que al aumentar la temperatura aumenta la agitación térmica del líquido, es decir su energía cinética y se reduce la cohesión intermolecular. Al igual que la densidad y la viscosidad, la tensión superficial disminuye cuando aumenta la temperatura, y se dice que tienen coeficientes de temperatura negativos.

2) Presencia de sustancias en la disolución: La tensión superficial varía

según el tipo de sustancias que estén presentes en la disolución, así por ejemplo:

a) Los solutos inorgánicos aumentan un poco la tensión superficial.

b) Los glúcidos y los aminoácidos apenas modifican la tensión superficial del agua.

c) Los alcoholes, éteres, aldehídos y cetonas, así como los ácidos orgánicos, repercuten en la tensión superficial del agua en un notable descenso.



d) Los jabones y los detergentes como por ejemplo el oleato sódico, son especialmente activos en el sentido que disminuyen mucho la tensión superficial.

e) En general llamamos sustancias tensioactivas o surfactantes a aquellas que son capaces de disminuir la tensión superficial de los líquidos.

CCOONNTTAACCTTOO EENNTTRREE SSOOLLIIDDOOSS YY LLIIQQUUIIDDOOSS:: MMEENNIISSCCOOSS Imaginemos una molécula M que forma la línea de contacto entre la superficie libre de un líquido y una pared sólida (figura 58), dicha molécula estará sometida:

1) A la fuerza A de adherencia entre el sólido y el líquido.

2) A la tensión superficial σ1 del líquido en contacto con la atmósfera.

3) A la tensión superficial σ2 del líquido en contacto con el sólido que forma la pared.

La acción conjunta de estas fuerzas, hace que los bordes de la superficie libre de los líquidos no sea plana, sinó curva formando los llamados meniscos, pudiéndo ser éstos cóncavos o convexos. En la figura 58 podemos observar que las tensiones superficiales, dan una resultante σ dirigida siempre hacia el interior del líquido. Si componemos esta resultante con la fuerza de adherencia A (dirigida al axterior), obtendremos como resultante total, la fuerza R que se dirige al interior o al exterior según sea la intensidad de A y la intensidad y dirección de σ, y se cumplirá que:

Si R se dirige al exterior → menisco cóncavo Si R se dirige al interior → menisco convexo

La tangente al menisco en el punto M donde la molécula contacta con el sólido, forma con la pared un ángulo ϕ que se llama ángulo de conjunción, su valor es dependiente de:

1) Naturaleza del sólido.

2) Naturaleza del líquido.

3) Naturaleza del gas en contacto con ambos.

Entonces pueden ocurrir tres situaciones:

1) Se dice que el líquido "moja" al sólido cuando la adherencia entre sólido-líquido (A) es mayor que la cohesión del líquido (σ). Entonces se formará un menisco cóncavo y el ángulo de



conjunción será obtuso (mayor de 90°). FIGURA 58 Formación de meniscos.

2) Se dice que el líquido "no moja" al sólido, cuando la cohesión del líquido (su tensión superficial, σ), es mayor que su adherencia al sólido, y entonces se formará un menisco convexo, y el ángulo de conjunción será menor de 90°.

3) Si la adherencia sólido-líquido es igual a la cohesión del líquido, no habrá menisco y el ángulo de conjunción será igual a 90°. Este ultimo caso se produce en pocas situaciones, pero aproximadamente en el caso cuando el líquido es agua y la pared está construida de plata. En la mayoría de casos, es decir en agua, alcohol, éter etc. y con



un recipiente de vidrio, el ángulo de conjunción suele ser de unos 180°.

TTUUBBOOSS CCAAPPIILLAARREESS -- LLEEYY DDEE JJUURRIINN:: Supongamos un tubo de radio R (figura 59), en el cual una de sus dos bocas está sumergida en el seno de un líquido, y éste "moja" a las paredes del tubo. Si se considera que:

1) El tubo es estrecho

2) El líquido "moja" perfectamente, siendo su ángulo de conjunción de unos 180°. 3) Se puede considerar que el menisco cóncavo es de forma semiesférica y de radio R igual al radio del tubo.

En estas condiciones el tubo se llama capilar debido al pequeño diámetro semejante al de un pelo (capil.lus = pelo). Consideremos ahora la superficie cóncava del capilar (semiesfera) de la figura 59. La fuerza debida a la tensión superficial, será la suma de todas las fuerzas f, es decir: 2πRσ. Cuando el capilar haya alcanzado su máxima altura (x), existirá un equilibrio entre la fuerza debida a la tensión superficial y el peso de la columna de líquido, esto es: 2πRσ = δgxπR2, luego despejando x, tendremos:

Rg2=x

δσ

Fórmula que expresa la ley de Jurin: " las ascensos de un líquido en diferentes tubos capilares, son inversamente proporcionales a los radios de éstos ". Consideremos ahora las presiones que entran en juego (figura 59). Por una parte la presión atmosférica (P0) que actúa sobre la cara cóncava del menisco (imaginemos un punto M situado en ella). Por otra parte está la presión debida a la tensión superficial y que actúa en el lado contrario de la interfase líquido-aire, (punto M'), esta presión valdrá:

R2=

RR2=

SF

2

σπ

σπ

Como que la columna de líquido asciende por el capilar, debe cumplirse que:

PR2

0≥σ



Luego la sobrepresión (p) que en realidad es la causante del desplazamiento, será:

P-R

2=p 0σ

En el nivel del recipiente actuan también dos presiones, la atmosférica por una parte (P0) y la debida al peso de la columna líquida e igual a: δgx, luego la presión que en realidad tira de la columna líquida hacia abajo, será: δgx-P0. En el preciso momento que la columna haya alcanzado su altura máxima (x), se cumplirá que:

P-xg=P-R

200 δσ

que simplificando nos dá:

xg=R

2 δσ

y que es la misma fórmula deducida anteriormente mediante el razonamiento a partir de las fuerzas que entran en juego. FIGURA 59 Tubos capilares.



FFOORRMMAACCIIOONN DDEE GGOOTTAASS -- LLEEYY DDEE TTAATTEE:: Cuando un líquido fluye lentamente por el extremo de un tubo vertical y estrecho (figura 60), se forma una gota que crece poco a poco, como si el líquido estuviera contenido en una bolsa elástica que impida su caida, pero cuando el peso P de la gota es suficiente, se produce una estrangulación en la parte alta de la gota y ésta se rompe: es cuando la gota cae. Hasta el momento justo de la caida, la gota se encontraba sostenida por la tensión superficial a lo largo de la estrangulación, cuyo radio R es aproximadamente igual al radio del tubo capilar. En el momento de la caida, se cumple que el peso de la gota, equivale a la fuerza debida a la tensión superficial, es decir:

P = 2 π R σ



Que es la expresión de la ley de Tate que dice: " El peso de una gota es proporcional al radio del tubo y a la tensión superficial del líquido". De esta ley se deduce que todas las gotas de un mismo líquido y que salen por un mismo orificio, tienen idéntico peso, propiedad por la cual el empleo del gotero o cuantagotas resulta util para medir pequeñas cantidades de líquido. (ver tabla 9, tema 3). FIGURA 60 Formación de gotas.

TTEECCNNIICCAASS PPAARRAA DDEETTEERRMMIINNAARR LLAA TTEENNSSIIOONN SSUUPPEERRFFIICCIIAALL::

1) Método de los tubos capilares: Se basa en la ley de Jurin y la tensión superficial se puede obtener de tres formas diferentes:

a) Se determina la altura h que alcanza un líquido problema al ascender por un capilar. Se utilizan tubos capilares de 0,5 a 1 mm de diámetro, (figura 61, a). Tal como se vió con anterioridad, la fuerza que sostiene la columna líquida es igual a 2πRσ. La fuerza que actua en sentido contrario, es el peso de la columna de líquido igual a: π⋅R2⋅h⋅δ⋅g, y por lo tanto se cumplirá que: π⋅R2⋅h⋅δ⋅g = 2πRσ, es decir:

σ = ½ R h δ g



Que para el caso particular del agua, puede tomarse aproximadamente:

σ = 490 R h b) Para una mayor exactitud, la tensión superficial se puede calcular mediante la fórmula siguiente:

σ = ½Rg(h + k)(δ-δv)

Donde k es una constante que sirve para tomar en consideración el volumen del menisco. En realidad el valor de k corresponde a la altura de éste, y por tanto su volumen valdrá πR2k. Los valores de k se pueden tabular, o bien se puede tomar el valor k = R/3 para agua o líquidos similares y para radios menores de 0,2 mm. El símbolo δV es la densidad del vapor del líquido problema.

c) Para evitar la dificultad de localizar con precisión el nivel de superficie del líquido en el recipiente, se pueden usar dos tubos capilares de diferente diámetro interno, (figura 61, b). Se mide la diferencia de alturas Δh de los meniscos alcanzados en los tubos, y suponiendo que el diámetro del tubo grande sea menor de 0,4 mm, se determina la tensión superficial mediante la siguiente fórmula:

)R-R6()-)(R-R+hg(3RR=

21

v1221 δδσ Δ

Donde R1 y R2 son los radios internos de cada uno de los dos tubos capilares, g es la aceleración de la gravedad, y Δh la diferencia de alturas entre los dos meniscos, δ la densidad del líquido problema y δv la densidad del vapor del mismo líquido.

FIGURA 61 Método de los tubos capilares.



2) Método del estalagmómetro de Traube: El estalagmómetro de Traube consiste en un tubo capilar cuyo estremo distal tiene una superficie plana por donde se adapta la gota con un ángulo practicamente nulo, (figura 62). A partir de un determinado volumen de líquido problema (medido sobre la escala del estalagmómetro), se cuenta el número de gotas que se forman. El número de estas gotas que se desprenden, es inversamente proporcional a la tensión superficial del líquido, puesto que cada gota requiere para vencer a la fuerza que la mantiene adherida al tubo, un peso correspondiente a un determinado volumen, siendo este volumen a su vez directamente proporcional a la tensión superficial del líquido. FIGURA 62 Estalagmómetro de Traube.



El aparato se calibra con un líquido de tensión superficial conocida. Se podrá determinar la tensión superficial del líquido problema (σ) si utilizamos agua como líquido de referencia, y procederemos del modo siguiente: primero contaremos el número de gotas de agua empleando un volumen de ésta igual al volumen del líquido problema, y tendremos:

nn73

= OH 2••δ

σ

Donde el valor 73 es la tensión superficial del agua, δ es la densidad del líquido problema, nH2O es el número de gotas contabilizadas de agua, y n el número de gotas contabilizadas del líquido problema. En efecto, puesto que para el líquido problema se cumple que:

P = 2πRσ

V⋅δ⋅g = 2πRσ

y para el agua:

VH2O ⋅ 1⋅g = 2πR⋅73



Siendo V el volumen de una gota de líquido problema y VH2O el volumen de una gota de agua. Dividiendo miembro a miembro, tendremos:

73=

VV

OH 2

σδ•

luego la relación entre volumenes de las gotas de líquido problema y de agua, será inversamente proporcional al número de gotas de cada una de ellas que se desprendan del estalagmómetro, suponiendo los dos líquidos perfectamente enrasados. De esta manera tendremos finalmente la fórmula expuesta al principio.

3) Método geométrico: Consiste en fijar una gota de líquido problema sobre una superficie lisa. Por efecto de su propio peso, la gota quedará aplanada formando un cortorno sesil. Las dimensiones R y h de la gota (figura, 63), se podrán determinar por microscopía, y mediante la aplicación de la fórmula de Porter siguiente, para radios pequeños, obtendremos aproximadamente la tensión superficial buscada:

)]Rh4-(1

Rh0,3047+h2

1g[=2

232 δσ

Siendo δ la densidad del líquido problema y g la aceleración de la gravedad.

FIGURA 63 Método geométrico.

4) Método de la burbuja: Consiste en formar una burbuja de gas por



debajo de la superficie del líquido problema. La presión necesaria para lograr desprender una burbuja en el seno del líquido, es directamente proporcional a la tensión superficial de dicho líquido. Existen varias técnicas para desarrollar este método, veamos algunas de ellas: Se procede con un instrumento que consiste esencialmente en un tubo conductor de un gas y de un diámetro comprendido entre 0,05 y 0,1 mm, que se introduce en el seno del líquido problema hasta una profundidad l (figura 64). Mediante una manómetro de bajas presiones (ver tema 6), en el cual se ha sustituido el mercurio por el mismo líquido problema, se determina la presión necesaria para producir una burbuja dentro del líquido. Esta presión será función de la altura h del manómetro. Esta presión será la que actua en el interior de la burbuja empujando su pared e inflándola. Por otra parte al estar la burbuja en el interior del líquido y a una profundidad l, estará rodeada de líquido y éste ejercerá otra presión sobre la pared, pero en el lado opuesto al de antes. Esta otra presión tenderá a desinflar la burbuja. De todo lo expuesto se deduce que la presión neta que hace que la burbuja se mantenga sin romperse y conservando su máximo diámetro, será la debida a la diferencia de alturas h-l. Por lo tanto: p = gδ(h-l). Nótese que si en el manómetro se usa un líquido distinto al líquido problema, la nueva altura h alcanzada debe multiplicarse por la relación de densidades entre los dos líquidos, (δ'/δ), siendo δ' la densidad del otro líquido. Sigamos analizando lo que sucede. La superficie de la burbuja estará formada por la interfase líquido problema-gas y por lo tanto existirá una tensión superficial σ, que será la responsable de la presión existente en la pared de la burbuja y que tenderá a desinflarla. Si la presión debida a la tensión superficial se equilibra con la presión p, se logrará mantener la burbuja a su máximo tamaño sin romperse. La presión debida a la tensión superficial será:

R2=

RR2=

SF

2

σπ

σπ

y si igualamos con la presión p, tendremos finalmente:

1)-R(hg21= δσ



Para una mayor exactitud en el cálculo, se puede usar la fórmula de Schrödinger (Premio Nobel, 1933) en la cual interviene un nuevo dato, la densidad del vapor del líquido problema (δv):

....])l-h

R(61-)

lhR(

32+l)R[1-)(h-g(

21= 2

v −δδσ

FIGURA 64 Método de la burbuja.

Existen modelos de aparatos que se basan en esta técnica y mediante un plotter nos proporcionan una gráfica de la variación de la tensión superficial que experimenta el líquido con el tiempo, llamándose en este caso tensión superficial dinámica, a los valores obtenidos, (figura, 65).

FIGURA 65 Tensiómetro de presión de burbuja.



5) Método de la balanza de torsión: Si se intenta separar un objeto de la superficie de un líquido que "moja", se necesita hacer una fuerza proporcional a la tensión superficial del líquido, y a la superficie de contacto de éste con el objeto. Existen dos varientes de este método:

a) Técnica del anillo: Se basa en el modelo original de Lecompte du Noüy del año 1919. Consiste en un anillo de platino (figura 66), que se sumerge en el líquido problema "mojándolo". La fuerza (K) máxima que hay que hacer para separar el anillo del líquido, es proporcional a la longitud "mojada" de aquel (L), y a la tensión superficial de éste (σ) multiplicada por un factor de corrección (F), por tanto:

FL

K= x m •σ

Obsérvese en la figura 66 que debajo del anillo se forma un volumen cilíndrico de líquido, cuyo peso actúa en la misma dirección y sentido que la tensión superficial, por lo que se debe deducir de ésta. La eliminación de esta pequeña fuerza adicional, se consigue multiplicando Kmáx por el factor F, llamado factor de Harkins-Jordan, y que se puede obtener por tabulación. Las tablas están construidas de manera que en función de la tensión superficial



aparente (σ') y de la densidad (δ), se halla el valor de F. La tensión superficial aparente, es la que proporciona directamente el instrumento, y por tanto sin corregir. Las dimensiones del anillo standard suelen ser las siguientes: R = 9,545 mm; r = 0,185 mm, que proporcionan una longitud "mojada": L = 119,95 mm. Para estas dimensiones, el volumen mínimo de la muestra a tomar debe ser de 10 ml. Se pueden encontrar en el mercado, anillos más pequeños que precisan volúmenes de muestra de alrededor de los 0,2 ml, lo que resulta muy util en la determinación de la tensión superficial de líquidos biológicos.

FIGURA 66 Anillo standard.

En lugar de utilizar las tablas de Harkins-Jordan (1930), se puede utilizar la ecuación de Zidema-Waters (1941):

R/r1,679-0,04534+

)-(4L

0,01452+0,725=Fa

2

δδ

σ ′•

Ecuación extrapolada de las tablas de Harkins-Jordan. Donde δ es la densidad del líquido problema, δa es la densidad del aire, L la superficie "mojada" del anillo, R su radio, r el radio de la sección



del anillo, y σ' el valor de tensión superficial aparente, dado por el tensiómetro, sin corregir. En la práctica pues, una vez obtenido el factor de corrección F, la tensión superficial corregida será:

σ = σ'⋅F

b) Técnica de Wilhelmy: llamada también técnica del plato. Su inventor fue Wilhelmy (1863), y se basa en el mismo principio que la técnica anterior, pero ahora en lugar de un anillo se usa un plato rectangular de platino y de dimensiones conocidas, (figura 67). Este método aunque muy antiguo, sólo se viene utilizando en Europa en los ultimos años, mientras que en los Estados Unidos se usa casi con exclusividad sobre otras técnicas desde los años cincuenta.

FIGURA 67 Plato rectangular de Wilhelmy.

Las dimensiones standard del plato rectangular, son: a = 19,9 mm; b = 0,1 mm, que proporcionan una longitud "mojada" de L = 40 mm. En lugar del clásico plato rectangular, se pueden usar platos cilíndricos muy pequeños, con una longitud "mojada" equivalente al plato rectangular, pero que requieren un volumen de muestra mucho más pequeño. Una ventaja importante de este método, es la de no requerir la aplicación de ningún factor de corrección para el cálculo, puesto que no se forma volumen alguno de líquido debajo del plato, pudiendo aplicar directamente la siguiente fórmula:



LK= máxσ

Los ultimos modelos de tensiómetros, aplican electronicamente las correcciones oportunas, así como proporcionan directamente valores de tensión superficial en mN/m. Al instrumento en conjunto se le suele llamar tensiómetro automático, y suele ser capaz de determinar con precisión, tensiones superficiales comprendidas entre 1 y 500 mN/m, (figura 68).

FIGURA 68 Tensiómetro automático.

IIMMPPOORRTTAANNCCIIAA DDEE LLAA TTEENNSSIIOONN SSUUPPEERRFFIICCIIAALL::



Se exponen a continuación algunas situaciones que ilustran la importancia que adquiere el fenómeno de la tensión superficial y de la capilaridad.

1) La tensión superficial en la bilis tiene un valor relativamente bajo, y se debe a la existencia de sustancias tensioactivas especialmente las sales biliares. Si por algunas circunstancias patológicas como:

a) Obstrucción del colédoco. b) Neoplasias de las vias biliares. c) Estenosis de las vias biliares. d) Otras.

las sustancias tensioactivas pasaran a la sangre, y después a la orina, disminuirían la tensión superficial de éstos. Existe una prueba clásica: el test de Hay, que permite determinar la presencia de sales biliares en orina que determinan una disminución de su tensión superficial. La prueba consiste en espolvorear un poco de azúfre sobre la superficie de la orina contenida en un recipiente transparente, y observar su comportamiento a través de éste. Si el azúfre flota en la superficie de la orina, se trata de una orina normal, en cambio si el azúfre se hunde en la orina ("llúvia de azúfre" ), significará que la tensión superficial de la orina se halla disminuida por la existencia de sales biliares y por lo tanto reflejará una situación patológica.

2) El comportamiento de los pulmones en cuanto a su elasticidad se refiere,

depende de las fuerzas de tensión superficial que actuan a nivel de los alveolos. Existe una sutancia, fosfolipídica (dipalmitil-lecitina) secretada en el alveolo pulmonar que es tensioactiva y por tanto es capaz de disminuir la fuerza necesaria para ampliar la superficie alveolar, lo que implica reducir el esfuerzo muscular necesario para la inspiración. A veces en recién nacidos prematuros, se dá la circunstancia de no tener suficiente cantidad de este tensioactivo y se produce un colapso pulmonar. Esta misma circunstancia también puede acontecer en algunos pacientes sometidos a circulación extracorpórea.

3) La forma, la superficie y la consistencia de los líquidos biológicos,

depende de su tensión superficial, por lo tando ésta tendrá una influencia decisiva en el papel que tienen cada uno de estos líquidos en el organismo. Véase en la tabla 25 los valores de la tensión superficial de algunos de estos líquidos.

Tabla 25



SUSTANCIA

TENSION SUPERFICIAL (mN/m)

Suero

57-58

Bilis

48

LCR

62,1-65,1

Líquido espermático

52-59,5

Humor acuoso

60,4 (37°C)

Orina

70-72

4) Existen unos tubos capilares destinados a contener pequeñas cantidades

de líquidos cuya utilidad es la de determinar pequeños volumenes. Cada uno de estos tubos capilares va marcado con su correspondiente capacidad de medición en unidades λ, (ver tema 3).

5) El microhematocrito: Es un método para determinar el hematocrito.

Esta importante prueba hematológica consiste esencialmente en separar el plasma, de los elementos formes que circulan en él. El resultado se expresa por el tanto por ciento existente entre la parte sedimentada por medio de una centrífuga, y el total de sangre tomada en consideración. Para conseguir el microhematocrito se necesita solamente una pequeña muestra de sangre que se obtiene por capilaridad. Para ello se usan tubos capilares de 1 mm de diámetro interno.

EJERCICIOS

1) Determinar el volumen de una gota de orina que se desprende de un gotero cuyo radio es de 0,75 mm, sabiendo que su densidad es de 1,02 g/cm3 y su tensión superficial de 71,5 dinas/cm. Solución: 0,033 cm3

2) La tensión superficial del ácido acético a 15°C y a una concentración 0,25 M (ver tema 13), es de 66,8 dinas/cm. Sabiendo que su densidad es de 1,045 g/cm3, determínese el volumen de una gota que se desprende de un gotero de 1 mm de diámetro. Solución: 0,020 cm3

3) Si sumergimos parcialmente en agua destilada un tubo de vidrio de extremos abiertos y de 1 mm de diámetro, se observa que el líquido se eleva en su interior hasta una altura de 30 mm por encima del nivel del líquido. Calcular la tensión superficial del agua a la temperatura de la experiencia.



Solución: 73,5 dinas/cm.

4) Con un estalagmómetro de Traube y a una temperatura de 20 °C, se desea saber la tensión superficial de una muestra de líquido espermático. Para ello se observa que un volumen determinado de éste, requiere formar 24 gotas para pasar totalmente por el estalagmómetro. Previamente se hizo lo propio con un mismo volumen de agua destilada y se requirió para ello un número de 17 gotas de agua. Se calculó previamente la densidad del líquido espermático dando el valor de 1,03 g/cm3. Solución: 53,26 dinas/cm

5) Calcular la tensión superficial del agua teniendo en cuenta su densidad de vapor a la temperatura ambiente (20°C). Se utiliza un tubo capilar de 0,1 mm de radio y se observa que el agua asciende hasta una altura de 14,9 cm. Solución: 73,04 dinas/cm

6) Utilizando dos capilares de radios 0,3 y 0,1 mm, se observa una diferencia de alturas de 9,92 cm. Determinar la tensión superficial del agua en las mismas condiciones del problema anterior. Solución: 72,88 dinas/cm

7) Calcular la tensión superficial de una amalgama de mercurio por el método geométrico, sabiendo que las dimensiones de la gota sesil, son de: h = 0,255 cm y R = = 0,513 cm. Tómese la densidad de la amalgama igual a la del mercurio. Solución: 435,3 mN/m.

8) Mediante un tensiómetro de anillo, se desea determinar la tensión superficial de una muestra de LCR de densidad 1,006 g/cm3. Las características del instrumento son: radio del anillo R = 9,545 mm y radio de la sección del anillo r = 0,185 mm. Utilícese el factor de correción de Harkins-Jordan, sabiendo que la densidad del aire es de 0,00129 g/cm3 y que el valor de la tensión superficial aparente es de 64,3 mN/m. Solución: 59,25 mN/m.

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