Principios de análisis instrumental

capítulqyE~NTIUNO .. " . ' • .. • ? ,. • • orlo regular, la superficie de un sólido en con– tacto con una fase líquida o gaseosa difiere sustancialmente del interior del sólido tanto en la composición química como en sus propieda– des físicas. Amenudo, la caracterización de estas propiedades de la superficie es de vital importan– cia en numerosos campos, incluyendo la catálisis heterogénea, el desarrollo y usos de los sensores, biotecnología y la tecnología de las películas del– gadas semiconductoras. Dicha caracterización ayuda también a entender los mecanismos de corrosión y de adhesión, la actividad de las super– ficies metálicas, las propiedades de fragilidad y el comportamiento y las funciones de las membranas biológicas. Este capítulo trata de la investigación sobre las superficies sólidas mediante métodos espectroscópicos y microscópicos. Aunque se hace hincapié en las superficies sólidas, algunas de las técnicas también se aplican a otras interfases, como las de líquido-líquido y líquido-gas. ~ En todo el capítulo, este logotipo indica - la oportunidad de autoaprendizaje en línea en www.tinyurl.comjskoogpia7 ;* le enlaza con clases interactivas, simulaciones y ejercicios. *Este material se encuentra disponible en inglés. 21A INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DELAS SUPERFICIES Antes de considerar cuáles son las características de las superfi– cies, es necesario definir primero qué constituye la superficie de un sólido o un líquido que está en contacto con una segunda fase líquida o gaseosa. 21A.1 Definición de una superficie sólida Una superficie se define aquí como la capa límite entre un sólido, o a veces un líquido, y el vacío, un gas o un líquido. En general, se piensa que la superficie es una parte del material cuya composi– ción promedio difiere del resto. De acuerdo con esta definición, la superficie comprende no sólo la capa superior de átomos o mo– léculas de un sólido, sino también una capa de transición con una composición no uniforme que varía continuamente desde la capa externa hasta la capa del mate riaL Por consiguiente, el espesor de una superficie puede estar constituido por algunas o incluso varias decenas de capas atómicas. Sin embargo, la diferencia en la composición de las capas superficiales no afecta de manera signi– ficativa la composición promedio total medida del conjunto, por– que la capa superficial constituye casi siempre sólo una pequeña fracción del total del sólido. Desde un punto de vista práctico, parece mejor adoptar como definición operativa de superfi– cie la de aquel volumen de un sólido del que se sacan muestras mediante una técnica específica de medición. Esta definición reconoce que si se usan varias técnicas de superficie, de hecho se podrían estar tomando muestras de distintas superficies y obtener por tanto diferentes resultados, aunque útiles. 21A.2 Tipos de mediciones de superficies Durante el último siglo, se desarrolló una extensa variedad de métodos para caracterizar las superficies. Los métodos clásicos, que todavía son de gran importancia, proporcionan mucha informa– ción valiosa acerca de la naturaleza física de las superficies, pero no mucha sobre su naturaleza química. Estos métodos utilizan imáge– nes de las superficies por microscopia óptica y electrónica, así como mediciones de las isotermas de adsorción, el área de superficie, la rugosidad de la superficie, el tamaño de poro y la reflexibilidad. A partir de la década de los años cincuenta, los métodos espectros– cópicos de superficies que empezaron a aparecer proporcionaron información acerca de su naturaleza química. Este capítulo está dividido en varios grandes apartados. Des– pués de una introducción a los métodos de superficies en la sección 21B, se estudian las técnicas espectroscópicas de electrones, de iones 524