Elevación capilar
La medición directa común de ángulos de contacto de una gota de líquido sobre un sólido plano y liso no es aplicable a polvos y alimentos porosos secos. El método común para medir el ángulo de contacto en la elevación capilar en medios porosos es mediante el uso de la ecuación de Lucas-Washburn que se deriva de la ley de Poiseulle del flujo de líquido en la elevación capilar:
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Donde:
- h – altura del líquido ascendente
- w – aumento de peso de la muestra (causado por el agua absorbida en ella)
- γ – tensión superficial del líquido sometido a ensayo (N/m)
- ρ – densidad del líquido sometido a ensayo (kg/m3)
- θ – ángulo de contacto del líquido sobre el sólido (º)
- r – radio estático medio de los poros (m)
- η – viscosidad líquida (Pa s)
- c – factor geométrico (m5)
El método común para medir los ángulos de contacto en este caso es realizar experimentos de elevación capilar en los que la muestra se cuelga por debajo de una balanza y se sumerge en el líquido probado. La principal deficiencia de este enfoque (utilizando la ecuación de Washburn) es su incapacidad para separar entre esas dos variables (r y cos θ o c y cos θ). El método común para superar el problema del término desconocido r * cos (θ) es el uso de un líquido de referencia que moja completamente la muestra(θ=0, cos (θ)=1). Sin embargo, se descubrió que el ángulo de contacto dinámico de avance es generalmente mayor que el estático, incluso para un líquido humectante total y, como resultado, este método puede ser erróneo.
Seibold et al, (2000) sugirieron una forma de superar este problema. Se observó que este término constante varía en función del líquido utilizado, en contradicción con el enfoque Washburn que utiliza Hexano como líquido completamente humectante para encontrar el radio de los poros. En este estudio, se propuso obtener el término constante real r en la ecuación de Washburn trazando el valor medido r cos θ versus la tasa de aumento de los alcanos (la pendiente en las ecuaciones \ref{4} y \ref{5}). La intersección a velocidad cero da el valor de r. Siebold el al. (2000) llevaron a cabo experimentos de elevación capilar con diferentes n-alcanos, que se consideran completamente humectantes, debido a su baja tensión superficial. En cada caso, se obtuvo una relación lineal entre la altura cuadrada del líquido ascendente y el tiempo, sus resultados del término r•cos(θ) se calcularon a partir de las pendientes de esas curvas. Este hallazgo se transformó en un método para calcular o medir el ángulo de contacto a velocidad cero. Siebold et al. (2000) sugirieron que para medios porosos, el término r•cos (θ) para cada alcano (el término se calculó a partir de la ecuación de Washburn) se puede representar contra la velocidad inicial de cada líquido. La curva que se creó se puede extrapolar a velocidad cero (y por lo tanto, cos(θ)=1) y esto permite la determinación del radio representativo r. Después de encontrar r, que es una propiedad de la muestra sólida y no cambia en función de los líquidos utilizados, podemos realizar un experimento de elevación capilar con nuestro líquido de prueba y calcular los ángulos de contacto que este líquido crea con la muestra porosa sólida.