Ángulo de contacto
El ángulo de contacto o de humectancia, hace referencia al ángulo que tiene lugar en la superficie de una sustancia líquida, cuando esta entra en contacto con una sustancia en estado sólido. El valor de dicho ángulo variará según sea la relación existente entre las distintas fuerzas de adhesión y cohesión entre los dos estados, es decir, entre la sustancia líquida, y aquella sólida. Cuando las fuerzas de adhesión del sólido en su superficie son bastante grandes, en comparación con las fuerzas cohesivas, el ángulo de contacto tendrá un valor más bajo de 90 grados sexagesimales, con lo cual, el resultado será un líquido que mojará la superficie del sólido.
Existen ciertos ángulos de contacto que suelen ser más habituales que otros. Por ejemplo, si tenemos en cuenta un líquido que ha sido vertido sobre una superficie en estado sólido; las gotas del líquido se extenderán por toda la superficie del sólido, con lo cual el ángulo de contacto tendrá un valor aproximado a los cero grados. En el caso de los sólidos menos hidrófilos, los ángulos de contacto oscilan entre los valores 0º y 30º. Pero en el caso de que la superficie del sólido sea hidrófoba, los ángulos de contacto superarán valores de 150º, pudiendo incluso llegar a los 180º. En estos casos, el agua líquida se encontrará reposando sobre la superficie sin llegar a mojarla, y por consiguiente, tampoco se extenderá por la superficie. Este tipo de superficie recibe el nombre de, superficie superhidrófoba, pudiendo producirse partiendo de superficies tratadas con flúor como es el caso del conocido, teflón. El efecto que producen estos ángulos se conoce como “ efecto Lotus”, en honor a la planta Lotus, cuyas hojas cuentan con la propiedad de ser superhidrófobas, gracias a las pequeñas protuberancias que presentan sus particulares hojas, las cuales les permiten tener dicho efecto, incluso con sustancias diferentes al agua, como puede ser el caso incluso de la miel.
El ángulo de contacto, empezó a describirse teóricamente, cuando se inició el estudio del equilibrio termodinámico, con sus tres fases, la fase L, llamada, líquida o de gota; la fase S, o sólida; y la fase V, o gas de aire. Las tres fases, deberían tener un potencial químico en equilibrio prácticamente igual, pero también debemos tener en cuenta las energías intersuperficiales en cada caso. Así, si definimos la energía intersuperficial sólido y vapor como γSV, y en el caso de la energía sólido –líquido, como γSL, así como la energía vapor, como γ, podemos llegar a la ecuación:
γSV – γSL- γ cos θc = 0
Dicha ecuación, es conocida con el nombre de ecuación de Young, y satisface el equilibrio entre las tres fases. En la ecuación, θc, hace referencia al ángulo de contacto, cuando hablamos de equilibrio. La ecuación trabaja asumiendo que la superficie sólida es del todo llana, pero a menudo, la rugosidad o imperfección de la superficie pueden ser los causantes de una desviación del ángulo que nos ocupa, cuando se trata de un equilibrio. Aunque la superficie sea del todo lisa, se da por hecho que existe una gran cantidad de ángulos de contacto, entre aquel que tiene el valor más bajo y el que posee un valor mayor. Así, el ángulo de contacto más alto, vendrá representado como θA (avanzado), y el más bajo, θR (retrocedido). Además definiremos el ángulo de equilibrio como hemos comentado anteriormente, es decir, θc, pudiendo así calcularlo, partiendo de los ángulos extremos, como demostró Tadmor con la siguiente ecuación:
θc = arccos r A. Cos θA + r R . cos θR / rA + rR
El ángulo de contacto suele ser utilizado también para calcular la energía superficial, pero debemos tener conocimiento del valor de una de las energías superficiales.