Resumen de Imbibición de disoluciones acuosas de tensioactivos en un medio poroso hidrófilo: influencia de la adsorción en las interfases líquido-vapor y sólido-líquido
Juan Antonio Antequera Barroso
En el trabajo desarrollado en esta tesis doctoral se ha realizado un estudio sobre la imbibición de disoluciones acuosas del tensioactivo SDS en un medio poroso completamente hidrófilo constituido por fluoruro cálcico. La elección de este sólido se basa en la capacidad que presenta para adsorber este tensioactivo a su superficie cuando se encuentra en disolución acuosa. Con este estudio se perseguía determinar qué influencia ejercía sobre la imbibición la adsorción del SDS en la zona de la interfase sólido-disolución próxima al frente de avance. Al analizar los experimentos se comprobó que la imbibición de las disoluciones permanecía invariable al aumentar la concentración del tensioactivo e idéntica a la observada para el agua, resultado sorprendente si se tiene en cuenta que la adición de tensioactivos a una disolución es el método que se utiliza normalmente para modificar la cinética del movimiento capilar de disolventes en medios porosos gracias a la disminución que las moléculas de tensioactivo adsorbidas en la interfase líquido-vapor originan en la tensión superficial de la disolución. No obstante, algunos de los estudios puntualizan que la tensión superficial que caracteriza a la disolución durante la imbibición es mayor que la que le correspondería en condiciones de equilibrio debido a la reducción en la concentración de tensioactivo en la interfase líquido-vapor que se supone que causa la adsorción del tensioactivo en la zona de la interfase sólido-disolución próxima al frente de avance. Como consecuencia de este comportamiento se postula que la imbibición de las disoluciones sería similar a la del disolvente siempre que el radio efectivo del medio poroso se encontrase por debajo de un determinado valor crítico. En estas condiciones la adsorción del tensioactivo a la superficie del sólido sería tan intensa como para eliminarlo completamente del frente de avance. Si tenemos en cuenta el pequeño valor del radio efectivo que caracteriza a las columnas porosas de fluoruro cálcico, se podría concluir que la adsorción en la zona de la interfase sólido-disolución próxima al frente de avance podría ser la causa que justificase por qué a pesar del incremento en la concentración de las disoluciones, la imbibición de las disoluciones de SDS en las columnas de fluoruro cálcico se desarrolla de forma idéntica a la observada para el agua.
Movidos por este resultado descrito se planteó un estudio sobre la imbibición de disoluciones acuosas del tensioactivo Triton X-100. Su elección estaba basada en que este tensioactivo no se adsorbe sobre la superficie del fluoruro cálcico cuando se ponen en contacto en una disolución acuosa. En estas condiciones era de esperar que el movimiento capilar de las disoluciones reflejase el distinto grado de adsorción del tensioactivo que existe en la interfase líquido-vapor al aumentar la concentración de las mismas ya que en este caso no podía producirse una disminución de la concentración en esta interfase debido a la adsorción en la interfase sólido-disolución durante la imbibición. Sin embargo, se observó un comportamiento contrario al esperado ya que de nuevo la imbibición no estaba afectada por la concentración de las disoluciones, permaneciendo igual a la del agua. Un análisis sobre el efecto de la adsorción en las energías libres de las interfases que intervienen en la imbibición de las disoluciones de Triton X-100 reveló que la invariabilidad de la energía libre de la interfase sólido-disolución debido a la falta de adsorción del tensioactivo es la causa que da lugar al comportamiento encontrado. Si tenemos en cuenta que es difícil imaginar cómo causas opuestas, la adsorción en el caso del SDS y la ausencia de la misma en el caso del Triton X-100, pueden conducir al mismo resultado, puede deducirse que la inexistencia de adsorción del SDS en la zona de la interfase sólido-disolución próxima al frente de avance debe ser la causa que origine la falta de influencia de este tensioactivo en la imbibición de sus disoluciones en las columnas porosas de fluoruro cálcico, y esto sin perjuicio de que sí se produzca en otras partes de la interfase alejadas del frente de avance por no participar éstas en la cinética del proceso. Aunque no disponemos aún de una demostración fehaciente que nos permita entender por qué no se produce esta adsorción, creemos que la misma está ligada a la capacidad que tiene el frente de avance para desplazarse de forma espontánea en medios porosos hidrófilos, ya que durante el tiempo que invierten las moléculas de SDS en alcanzar y adsorberse en la superficie del sólido se ha creado una nueva zona de la interfase sólido-disolución aún libre de estas moléculas que es la que en ese instante se encuentra interviniendo en el movimiento.
Para confirmar si debe producirse, tal y como se desprende del estudio llevado a cabo sobre la imbibición de las disoluciones acuosas de Triton X-100 en las columnas porosas de fluoruro cálcico, la adsorción del tensioactivo en la zona de la interfase sólido-disolución próxima al frente de avance de forma previa o en el mismo instante en que éste cubre la superficie del sólido, ya que de producirse después estaría sucediendo en zonas de la interfase que habrían dejado de pertenecer al área interfacial que influye en la cinética de la imbibición, se abordó un nuevo estudio mediante el que se analizó la influencia que tenía sobre la imbibición el que se hubiese adsorbido previamente el SDS sobre la superficie del fluoruro cálcico. Como líquido penetrante se utilizó en primer lugar el agua. La razón por la que se eligió es que su movimiento podía considerarse en este caso equivalente al de aquellas disoluciones en las que se produce una adsorción en la interfase sólido-disolución tan intensa como para retirar todas las moléculas del tensioactivo de la interfase líquido-vapor. En estas circunstancias no debería haberse observado ningún cambio en la imbibición de este líquido cuando el fluoruro cálcico retenía distintas cantidades de SDS. Sin embargo se encontró una fuerte dependencia entre la cantidad de tensioactivo adsorbida en la superficie del sólido y la cinética de la imbibición. Seguidamente se repitieron los experimentos utilizando las disoluciones de SDS que se recogieron una vez finalizados los procesos de adsorción en la superficie del fluoruro cálcico. La utilización de las disoluciones de equilibrio aseguraba que durante la imbibición existiese una concentración constante de tensioactivo en la interfase líquido-vapor como consecuencia del equilibrio de adsorción que habían alcanzado previamente estas disoluciones con el fluoruro cálcico. Los resultados obtenidos mostraron la misma dependencia con la cantidad de SDS retenida sobre la superficie del fluoruro cálcico que los observados en el caso del agua. En último lugar se intentó determinar si, al utilizar disoluciones de SDS de mayor concentración que las disoluciones de equilibrio, se produciría una adsorción posterior del tensioactivo en la zona de la interfase sólido-disolución próxima al frente de avance que alterase la energía libre de la interfase, y por tanto la cinética de la imbibición. Con este objetivo se empleó en los experimentos una disolución de concentración mayor que las de las disoluciones de equilibrio. Los resultados obtenidos fueron idénticos no sólo a los obtenidos con las disoluciones de equilibrio sino a los correspondientes a las experiencias llevadas a cabo con agua. Todos estos resultados confirmaron las conclusiones de los estudios anteriores, es decir, que la adsorción del tensioactivo debe producirse necesariamente en la superficie del sólido para que se modifiquen las características de la imbibición y que la concentración de tensioactivo en la interfase líquido-vapor no tiene ninguna influencia sobre el fenómeno. Además, de ellos también se concluye que la imbibición de las disoluciones acuosas de tensioactivos en medios porosos hidrófilos está caracterizada por la ausencia de adsorción en la zona de la interfase sólido-disolución que contribuye al movimiento capilar y que está es la razón por la que no se producen alteraciones en la cinética del movimiento y por la que éste se desarrolla de manera idéntica al del agua.
