Método del anillo de Du Noüy

Método para medir la tensión superficial de un líquido.

En la ciencia de superficies , el método del anillo de Du Noüy es una técnica para medir la tensión superficial de un líquido . El método implica levantar lentamente un anillo, a menudo hecho de platino, de la superficie de un líquido. La fuerza, F , necesaria para levantar el anillo de la superficie del líquido se mide y se relaciona con la tensión superficial del líquido γ :

${\displaystyle F=w_{\text{ring}}+2\pi \cdot (r_{\text{i}}+r_{\text{a}})\cdot \gamma ,}$

donde r _i es el radio del anillo interior de la película de líquido tirado, y r _a es el radio del anillo exterior de la película de líquido. ^[1] w _ring es el peso del anillo menos la fuerza de flotación debida a la parte del anillo debajo de la superficie del líquido. ^[2]

Cuando el espesor del anillo es mucho menor que su diámetro, esta ecuación se puede simplificar a

${\displaystyle F=w_{\text{ring}}+4\pi R\gamma ,}$

donde R es el promedio del radio interior y exterior del anillo, es decir ^{[2] [3]} ${\displaystyle (r_{\text{i}}+r_{\text{a}})/2.}$

Esta técnica fue propuesta por el físico francés Pierre Lecomte du Noüy (1883-1947) en un artículo publicado en 1925. ^[4]

Primer plano del anillo extraído del líquido.

La medición se realiza con un tensiómetro , que normalmente utiliza una balanza eléctrica para medir el exceso de fuerza causado por el líquido que se sube y calcula y muestra automáticamente la tensión superficial correspondiente a la fuerza. Anteriormente, se utilizaban comúnmente balanzas de torsión.

Para los cálculos se utiliza la fuerza máxima y se requieren factores de corrección determinados empíricamente para eliminar el efecto causado por el diámetro finito del anillo:

${\displaystyle F=w_{\text{ring}}+4\pi R\gamma f,}$

siendo f el factor de corrección.

Los factores de corrección más comunes incluyen los de Zuidema y Waters (para líquidos con baja tensión interfacial), Huh y Mason (que cubre un rango más amplio que Zuidema-Waters) y Harkins y Jordan (más precisos que Huh-Mason, aunque aún cubren los líquidos más utilizados). ^[5]

La tensión superficial y los factores de corrección se expresan mediante

${\displaystyle \gamma ={\frac {F}{4\pi R}}f,}$

donde γ es la tensión superficial, R es el diámetro promedio del anillo y f es el factor de corrección.

Zuidema y Aguas ^[2]

${\displaystyle (f-a)^{2}={\frac {4b}{\pi ^{2}}}{\frac {1}{R^{2}}}{\frac {\gamma _{\text{measured}}}{\rho _{\text{lower}}-\rho _{\text{upper}}}}+C,}$

dónde

F = fuerza máxima de tracción de los anillos [ dyn /cm],

ρ = densidad de las fases inferior y superior,

${\displaystyle C=0.04534-1.679{\frac {r}{R}},}$

a = 0,7250 ,

b = 0,0009075 [s ² ⋅cm ⁻¹ ],

r = radio del alambre de Du Noüy,

R = Radio del anillo de Du Noüy.

Eh y Mason ^{[6] [7]}

El factor de corrección se describe como una función de y Ver las referencias. ${\displaystyle {\tfrac {R}{r}}}$ ${\displaystyle {\tfrac {R^{3}}{V}}.}$

Harkins y Jordan ^{[8] [9]}

El factor de corrección se tabula como una función de y . ${\displaystyle R/r}$ ${\displaystyle R^{3}/V}$

Véase también

Tensiómetro de anillo de Du Noüy clásico basado en alambre de torsión. La flecha de la izquierda señala el anillo en sí.

• Técnica de la gota sésil
• Plato Wilhelmy

Referencias

1. Trasero, Hans-Jürgen; Graf, Karlheinz; Kappl, Michael (2003). "Física y química de interfaces" : 14-15. {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ) ^{[ enlace roto ]}
2. Zuidema, H.; Waters, George (1 de mayo de 1941). "Método de anillo para la determinación de la tensión interfacial". Química industrial e ingeniería, edición analítica . 13 (5): 312–313. doi :10.1021/i560093a009. ISSN  0096-4484.
3. "Calculadora de peso total de un anillo mediante el método de desprendimiento de anillo | Calcular el peso total de un anillo mediante el método de desprendimiento de anillo". www.calculatoratoz.com . Consultado el 29 de mayo de 2024 .
4. du Noüy, Pierre Lecomte (1925). "Un tensiómetro interfacial para uso universal". Revista de fisiología general . 7 (5): 625–633. doi :10.1085/jgp.7.5.625. PMC 2140742 . PMID  19872165. 
5. Udeagbara, Stephen Gekwu (30 de julio de 2010). Efecto de la temperatura y las impurezas en la tensión superficial del petróleo crudo. Universal-Publishers. ISBN 9781599423555.
6. Huh, C.; Mason, SG (1 de julio de 1975). "Una teoría rigurosa de la tensiometría de anillo". Colloid and Polymer Science . 253 (7): 566–580. doi :10.1007/BF01753960. ISSN  1435-1536. S2CID  94325517.
7. Huh, C.; Mason, SG (1 de mayo de 1977). "Una teoría rigurosa de la tensiometría de anillo: Adición sobre el efecto pared". Colloid and Polymer Science . 255 (5): 460–467. doi :10.1007/BF01536462. ISSN  1435-1536. S2CID  97555566.
8. Harkins, William D.; Jordan, Hubert F. (1 de mayo de 1930). "Un método para la determinación de la tensión superficial e interfacial a partir de la tracción máxima sobre un anillo". Revista de la Sociedad Química Americana . 52 (5): 1751–1772. doi :10.1021/ja01368a004. ISSN  0002-7863.
9. Harkins, William D.; Jordan, Hubert F. (18 de julio de 1930). "Tensión superficial por el método del anillo". Science . 72 (1855): 73–75. doi :10.1126/science.72.1855.73. ISSN  0036-8075. PMID  17819453.

Enlaces externos

• Vídeo que muestra un tensiómetro Du Noüy de alambre de torsión clásico
• Imagen de un tensiómetro de alambre de torsión Du Noüy clásico (Institutos Nacionales de Salud)