Método del anillo de Du Noüy

Método para medir la tensión superficial de un líquido.

Primer plano del anillo extraído del líquido.

En la ciencia de superficies , el método del anillo de Du Noüy es una técnica para medir la tensión superficial de un líquido . Esta técnica fue propuesta por Pierre Lecomte du Noüy en 1925. ^[1] La medición se realiza con un tensiómetro de fuerza , que normalmente utiliza una balanza eléctrica para medir el exceso de fuerza causado por el líquido que se levanta y calcula y muestra automáticamente la tensión superficial correspondiente a la fuerza. Anteriormente, se utilizaban comúnmente balanzas de torsión.

Descripción

El método consiste en levantar lentamente un anillo, generalmente 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. ^[2] w _ring es el peso del anillo menos la fuerza de flotación debida a la parte del anillo debajo de la superficie del líquido. ^[3]

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 ^{[3] [4]} ${\displaystyle (r_{\text{i}}+r_{\text{a}})/2.}$

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.

Factores de corrección

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

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

Factores de corrección de Zuidema-Waters

HH Zuidema y George W. Waters introdujeron el siguiente factor de corrección en 1961: ^[3]

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

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.

Factores de corrección de Huh-Mason

C. Huh y SG Mason ^{[6] [7]} describieron los factores de corrección como una función de y Consulte las referencias. ${\displaystyle {\tfrac {R}{r}}}$ ${\displaystyle {\tfrac {R^{3}}{V}}.}$

Factores de corrección de Harkins-Jordan

William Draper Harkins y Hubert F. Jordan ^{[8] [9]} tabularon los factores de corrección en función de y . ${\displaystyle R/r}$ ${\displaystyle R^{3}/V}$

Véase también

• Técnica de la gota sésil
• Plato Wilhelmy

Referencias

1. 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.
2. Trasero, Hans-Jürgen; Graf, Karlheinz; Kappl, Michael (2003). "Física y química de interfaces" : 14-15. {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ) ^{[ enlace roto ]}
3. Zuidema, H.; Waters, George (1 de mayo de 1941). "Método de anillo para la determinación de la tensión interfacial". Química industrial y de ingeniería, edición analítica . 13 (5): 312–313. doi :10.1021/i560093a009. ISSN  0096-4484.
4. "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 .
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)