¿Por qué el agua no moja perfectamente el cristal?

Question

Según muchas fuentes de libros de texto de secundaria, el agua moja perfectamente el vidrio. Es decir, la adherencia entre el agua y el vidrio es tan fuerte que es energéticamente favorable que una gota de agua sobre el vidrio se extienda y cubra toda la superficie. A menudo se obliga a los alumnos a memorizar este hecho, y muchas preguntas de física lo utilizan como supuesto.

Sin embargo, es perfectamente obvio que esto no ocurre en realidad. Si pones una gota de agua sobre un cristal, puede que se extienda un poco, pero ni remotamente lo cubre todo. De hecho, nunca he visto nada parecido al fenómeno descrito como "humectación perfecta".

¿Puede observarse realmente una humectación perfecta en los materiales cotidianos? En caso negativo, ¿cuáles son los principales factores adicionales que impiden que se produzca, como dicen los libros de texto?

Answer 1

En la vida cotidiana, las superficies de cristal siempre están cubiertas por una capa de, bueno, mugre. Debido a la alta densidad de grupos hidroxilos polares, las superficies de cristal son superficies de alta energía que atraen prácticamente cualquier cosa. Esto significa que, fuera de un laboratorio de coloidología, nunca encontrará una superficie de vidrio limpia.

Pasé muchos años realizando experimentos que implicaban interacciones con superficies de vidrio, y para limpiar la superficie teníamos que limpiarla con ácido crómico. Buscando rápidamente en Google encontré instrucciones para hacerlo aquí Pero si alguna vez te sientes tentado a probarlo en casa, toma nota del comentario de ese artículo:

El dicromato debe manipularse con sumo cuidado porque es un potente corrosivo y carcinógeno.

Si sobrevive al proceso de limpieza, comprobará que una gota de agua colocada sobre el cristal tiene un ángulo de contacto efectivamente nulo y la gota se esparcirá casi por completo.

Pero esto sólo se ve en condiciones extremas. Basta con dejar el vidrio expuesto al aire durante unas horas para que se cubra con una monocapa de cualquier detritus orgánico que esté flotando por ahí (que si hay humanos presentes es bastante :-). Una vez que esto ocurre, no se mide el ángulo de contacto sobre el vidrio, sino sobre la película orgánica que lo recubre.

Answer 2

Es debido a la energía superficial

Puedes simplemente cubrir el vidrio con una fina capa de material que tenga baja energía superficial (como el teflón) y entonces el agua/las cosas no se pegarán (se pegarán mucho menos) a él...

Consulte este artículo sobre la tensión superficial en Toppr para obtener más información.

Para responder a la pregunta, sí y no.

La razón por la que no observamos el agua, extendida por sí misma, sobre el vidrio, tanto como puede, es por >> ver respuesta aceptada :D

Sin embargo, si lo extiende usted mismo, entonces sí podría hacer una capa muy fina de agua que cubriera todo el cristal, lo que podría describirse como una humectación perfecta.

Para más información: "Mojar" Wikipedia.

Answer 3

Cuido las casas de personas mayores. Cuando limpiaba sus ventanas, el agua no se distribuía por el cristal de forma uniforme. Se veían muchas pequeñas manchas desconectadas. Después de limpiarlas, el tamaño de estas manchas había aumentado considerablemente. Pero seguían desconectadas. Eso era señal de que no las había limpiado "hasta el fondo".

Answer 4

Voy a decir que se debe a la tensión superficial. En la fotografía de cuarto oscuro, a menos que tengas cuidado, te saldrán marcas de gotas de agua en los negativos cuando los cuelgues para que se sequen. Hay productos comerciales como Kodak Photo-Flo que lo impiden. Siendo barato, encontré que un par de gotas de detergente líquido ordinario en el último enjuague hace casi la misma cosa mucho más barata. También hay "agentes humectantes" o algún nombre similar para los productos que se ponen en el lavavajillas para evitar las manchas de agua en los vasos, la misma idea. Esto también está relacionado con un experimento clásico para medir el grosor de una molécula de ácido oleico poniendo una gota en un baño de agua y midiendo el área a la que se extiende. Ciencias de 8º curso, hace 50 años, pero aún lo recuerdo.

Answer 5

La pregunta es vaga: ¿qué se entiende por "humectación"? ¿Se trata de saber si una gota de agua se esparce espontáneamente sobre una superficie de vidrio, o si una gota puede esparcirse sobre una superficie de vidrio y no tender a reformarse en una o varias gotas o gotitas?

En primer lugar, el vidrio tendrá una superficie cubierta de vapor de agua. La superficie de óxido atrapa el agua del aire con fuerza. Unos pocos cientos de grados C se desharán de la mayor parte, posiblemente se necesiten más de 300 C (a veces durante horas en el vacío) para obtenerla toda. Por supuesto, hay distintos tipos de vidrio; el vidrio de sosa, que contiene grandes cantidades de óxidos de silicio, sodio, calcio y aluminio, es el más común.

Una gota de agua no se esparce espontáneamente sobre el cristal. Esto se debe a que las moléculas de agua se parecen a las moléculas de agua (¿recuerdas "lo semejante se disuelve con lo semejante"?). El término "como" no es científico: un término mejor es "energía cohesiva", es decir, la energía necesaria para arrancar una molécula de agua de la gota. Por ejemplo, el aceite y el agua no se mezclan: la atracción del agua por el agua es mayor que la del agua por el aceite o la del aceite por el agua.

Este debate también puede hacerse en términos de energía superficial, pero creo que es más claro y más aplicable en general plantearlo en términos de energía cohesiva, cuyo significado se aproxima al de "calor de vaporización".

La superficie del vidrio obtiene una capa hidratada por adsorción física y química. Esto significa que la superficie del vidrio se parecerá un poco al agua, es decir, que la energía de cohesión efectiva de la superficie será un poco menos parecida al vidrio puro y un poco más parecida al agua. En la batalla por el agua, la gota seguirá ganando, pero el vidrio hidratado se llevará unos cuantos lametazos. Al vidrio le gusta mucho el vidrio y el agua no lo disuelve.

No obstante, las gotas de agua pueden esparcirse sobre el cristal mediante energía física, por ejemplo con una espátula (como en uno de los vídeos referenciados), sin volver a formarse en gotas o gotitas. En este caso, el agua se introduce en superficies recién hidratadas que rápidamente hidrata aún más. Entonces la superficie de vidrio se parece más al agua. Se necesitará energía para reformar las gotas, puede que no se reformen espontáneamente.

Así que mi respuesta es que el vidrio puede humedecerse totalmente en algunas circunstancias, pero no en el (inalcanzable) más puro de los sistemas, y no de forma espontánea a menos que se actúe sobre él con energías externas.

La entropía de la mezcla, la energía libre de la formación de gotas y otras complicaciones estropean una discusión pura, pero creo que la discusión anterior capta la mayor parte. La descripción cuantitativa de los conceptos descritos anteriormente se utiliza en la industria, desde la cosmética hasta la metalurgia, y se basa en la termodinámica química.