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Introducción

Este curso estará dividido en dos partes:

  1. Química de superficies.
  2. Química de coloides.

El esquema general del desarrollo de los temas será: primero, trataremos de adquirir un concepto intuitivo basado en ejemplos de la vida diaria; segundo, adquiriremos una visión cualitativa de las bases moleculares que dan origen a los fenómenos macroscópicos de los cuales nos ocupamos; tercero, en caso necesario se desarrollarán los tratamientos termodinámicos y cinéticos del fenómeno. Cabe aclarar que no será posible seguir rigurosamente este orden en todos los temas.

Concepto intuitivo de superficie.

Todos tenemos una idea de lo que es una superficie. Distinguimos muy bien la superficie como un límite: donde hay una superficie termina una sustancia y empieza otra, aunque pocas veces lo planteamos de ese modo. Normalmente asociamos el concepto de superficie al de textura: hablamos de una superficie rugosa o de una superficie lisa. También distinguimos una superficie (de hecho, su textura) de la sustancia que la constituye: podemos hablar de un acabado de espejo en diferentes metales. La superficie tiende a tener una existencia un poco indefinida: es posible hablar de lijar un pedazo de madera para "sacar la veta a la superficie", lo cual hace que la madera sea más decorativa. Esto nos trae al siguiente concepto acerca de superficies: podemos modificar las superficies para adecuarlas a nuestras necesidades.

La modificación de superficies es esencial en la vida moderna, es necesario entre otras muchas cosas:

Existen muchos fenómenos fácilmente observables en los que vemos a una superficie dotada de propiedades especiales:

¿Qué es una superficie?

Matemáticamente una superficie no tiene espesor, es puramente bidimensional. En el mundo real tenemos que hablar del espesor de una superficie. Esto se debe a que los átomos y moléculas son entidades discretas (poseen un tamaño finito) por lo cual el espesor mínimo sería el grosor de una capa monomolecular o monoatómica. También se debe a que ninguna superficie real es perfectamente lisa por lo que tenemos que tomar en cuenta la diferencia de alturas entre los montes y los valles que la constituyen. Por último, diferentes técnicas analíticas sondean diferentes profundidades, lo cual resulta en diferentes espesores medidos de la capa superficial.

En este curso entenderemos a una superficie como un límite entre dos fases que normalmente son de diferente composición o estado: sólido-sólido, sólido-líquido, sólido-gas, líquido-líquido, líquido-gas. Normalmente es visible como una línea que divide dos partes, cada una de ellas homogénea, de una mezcla heterogénea, p. ej., la línea que separa agua y aceite. Esto hace que el concepto de superficie y el de interfase sean sinónimos.

Las superficies pueden ser ordenadas, como las superficies definidas por planos cristalográficos; o desordenadas como la superficie de un líquido.

Base molecular de las propiedades de una superficie

Todas las moléculas dentro de la masa de una sustancia interactúan con las moléculas a su alrededor. Las superficies tienen propiedades que no se presentan en la masa de la fase debido a la falta de equilibrio que presentan los átomos, o moléculas, de la superficie. Los átomos de la superficie forman parte de un ambiente asimétrico, donde las interacciones estabilizadoras entre especies similares no están balanceadas. La tendencia de las especies químicas a balancear esas interacciones dota a las superficies con propiedades especiales. La naturaleza de las interacciones puede ser muy variada, tales como (por orden aproximado de intensidad decreciente):

  1. Atracciones electrostáticas (Coulomb)
  2. Puentes de hidrógeno
  3. Atracciones de dipolos permanentes (van der Waals)
  4. Atracciones de dipolos inducidos (London)
La siguiente tabla nos da una idea intuitiva de la intensidad de las interacciones:
Líquido P. de ebull.
(°C)
Peso molecular Indice de
refracción
T crítica
Perfluoroheptano - 388 - -
n-octano 125.6 114 1.398 -
Etanol 78.5 46 1.361 243.2
CCl4 76.7 154 1.461 283.25
Benceno 80.1 78 1.501 288.6
Agua 100 18 1.333 374.3

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