114 G asas y Acei es
Monocapas de ácidos g asos. 1. Ácido es eá ico sob e
disoluciones acuosas de e anol.
Po J. M. Rod íguez Pa ino, J. de la Fuen e Fe ia y C. Gómez He e a
Depa amen o de Ingenie ía Química. Facul ad de Química.
Uni e sidad de Se illa. 41012 - Se illa (España)
RESUMEN
Monocapas de ácidos g asos. I. Acido es eá ico sob e di-
soluciones acuosas de e anol.
Se ha es udiado la es uc u a y es abilidad de monocapas de
ácido es eá ico espa cidas sob e disoluciones acuosas que con ie-
nen e anol. Las expe iencias se han ealizado en una iaalanza de
supe icie come cial ipo Langmui y se ha ope ado en condiciones
iso é micas.
Las monocapas p esen an es uc u as de ipo sólida o de líquido
condensado en unción de la concen ación de e anol en la subíase.
La es uc u a que adop a la monocapa es p ác icamen e indepen-
dien e de la empe a u a. La pé dida de moléculas de ácido es eá ico
de la monocapa po disolución en la subíase se inc emen a a los
alo es más ele ados de empe a u a y de concen ación de e anol.
PALABRAS-CLAVE: Acido es eá ico
Es abilidad de emulsión - Monocapa. Balanza de supe icie
SUMMARY
Monolaye s o a y acids. I. S ea ic acid on aqueous solu-
ions o e hanol.
The s uc u e and s abili y o a y acid monolaye s sp ead on
aqueous solu ions wi h e hanol has been s udied. The expe imen s
we e ca ied ou iso he mically using a comme cial Langmui balance
(Lauda).
Monolaye s exhibi solid o condensed liquid s uc u e depen-
ding o he e hanol concen a ion in he subphase. Tempe a u e has
no a signi ican in luence on he monolaye . S uc u e he e is a loss
o s ea ic acid ilm h ough solu ion in o he adjacen subphase. This
loss is inc eased wi h he empe a u e and e hanol concen a ion in
he subphase.
KEY-WORDS: Emulsion s abili y - Monolaye - S ea ic acid -
Su ace balance.
1.
INTRODUCCIÓN
Las emulsiones alimen a ias son e modinámica-
men e ines ables a causa de su ele ada á ea in e -
acial.
Pa a su conse ación empo al se equie e la
inco po ación de p oduc os an i ílicos que con engan
en una misma molécula, o en un mismo Ion, uncio-
nes hid ó ilas y unciones hid ó obas (1-3). Un amplio
po cen aje de es os adi i os alimen a ios lo cons i u-
yen lípidos pola es, en e los que caben des aca a
ios os olípidos, monoglicé icos y es e es de ácidos
g asos de cadena la ga con policies (4-7).
En la u ilización indus ial de un emulsionan e
alimen a io y en las cualidades que con ie e al p o-
duc o acabado, es necesa io conoce la es uc u a de
la película de lípido en las in e ases acei e-agua o
ai e-agua. En es os sis emas las in e acciones en e
las moléculas que o man la monocapa se han ela-
cionado con la iscosidad y elas icidad de la película
supe icial (8) (9) y con la es abilidad de emulsiones
y espumas (10-12). Además, se pueden es ablece
elaciones en e la es abilidad de una emulsión y las
ca ac e ís icas es uc u ales de las monocapas de
lípidos en las in e ases acei e-agua y ai e-agua (6)
(12-14), y ambién en e la o mación de monocapas
condensadas y la asociación de los lípidos en el seno
de las disoluciones (6) (15) (16). Es as dependencias
son in e esan es ya que desde un pun o de is a
expe imen al es más ácil es udia las monocapas de
lípidos en la in e ase ai e-agua que en la in e ase
acei e-agua (11) (12).
Aunque se han p opues o nume osos modelos
eó icos pa a explica las ca ac e ís icas de las
monocapas en la in e ase ai e-agua, según las in e-
acciones en e las moléculas (17-19), son necesa ios
pos e io es desa ollos más elabo ados pa a lo cual
ha de dispone se de nue os y más iables da os
expe imen ales de monocapas espa cidas sob e
medios acuosos de di e sas ca ac e ís icas supe i-
ciales. Es o es especialmen e ú il pa a p edeci las
o mulaciones óp imas de emulsiones y espumas (11).
El obje i o de es e abajo ha consis ido en la
de e minación de las ca ac e ís icas es uc u ales y
de la es abilidad de monocapas de ácido es eá ico,
cons i uyen e de es e es de ácidos g asos y policies
u ilizados conip adi i os alimen a ios, espa cidas sob e
disoluciones acuosas de e anol, en unción de la
empe a u a y de la composición del medio acuoso.
2.
MATERIALES Y MÉTODO
Las iso e mas (cu as p esión de espa cimien o,
71,
en e al á ea po molécula de ácido es eá ico. A)
se han ob enido en una balanza de supe icie come -
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cial ipo LangmuJ (Messge a e-We k D . R. Wobse
KG,
Modelo Filwaage FW-1 se ie
CO3001,
Lauda)
equipada con un sis ema de medida con inuo y
egis ado . La empe a u a de la bandeja que con ie-
ne la monocapa y la subíase se man iene cons an e
du an e cada ope ación median e un e mos a o
(Lauda, Modelo K2R Elec onic), con una sensibilidad
en el con ol de empe a u a de ± 0'01-0'03°C.
Los p oduc os usados son de calidad analí ica y
no han sido some idos a pu i icación pos e io : ácido
es eá ico (Me ck, Ca . 800673) y e anol (Me ck, Ca .
971).
El agua ue pu i icada median e una unidad de
il ación Millipo e (Mille Q™). El ácido es eá ico ue
espa cido sob e la sub ase p e ia disolución del mismo
en benceno (Me ck, Ca . 1783). La ac i idad supe -
icial de los componen es de la sub ase y del po ado
del ácido es eá ico ue comp obada expe imen almen-
e an es de egis a las iso e mas co espondien es.
Al inicia cada expe iencia se calib a la balanza.
La sus ancia o mado a de monocapa se espa ce sob e
la sub ase median e una je inga mic omé ica y su
masa se de e mina po pesada en balanza analí ica.
En unción del núme o de moléculas de lípido espa -
cidas se ija un alo en la unidad de con ol que
ela i iza la supe icie ocupada po molécula, R. La
elocidad de comp esión de la monocapa ue de 3'3
cm/min.
Ambos pa áme os se man ienen cons an es
du an e la ealización de cada ope ación.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1.
Monocapas de ácido es eá ico sob e agua
desionizada
Las expe iencias con ácido es eá ico se inician
con el p oduc o espa cido sob e una sub ase cons i-
uida po agua desionizada que se i á de e e encia
pa a aquellos sis emas en los que en la sub ase se
incluyan moléculas semejan es a las p esen es en
o mulaciones alimen a ias. Los esul ados ob enidos
e e idos a la in luencia de la empe a u a sob e las
ca ac e ís icas de la monocapa se esumen en la igu a
1.
Es obse able que:
* La monocapa p esen a un polimo ismo ca ac e ís-
3
A (nm /molec.)
Figu a 1
Iso e mas de comp esión p esión supe icial-á ea po
molécula de ácido es eá ico. Sub ase: Agua desioni-
zada.
Tempe a u as. 1: 5°C, 2: 10°C, 3: 15°C, 4: 20-
40°C.
ico de una es uc u a líquido condensada (LC) que
se ans o ma en sólida (8) al disminui el á ea
disponible pa a las moléculas que la cons i uye.
* La p esión ca ac e ís ica (n*) a la que se p oduce
la ansición LC::?S, depende de la empe a u a a
la cual se ealiza la expe iencia. El alo de la p esión
ca ac e ís ica se inc emen a al aumen a la empe-
a u a,
según se expone en la abla I.
* La empe a u a no eje ce in luencia signi ica i a sob e
las ca ac e ís icas es uc u ales de la monocapa, si
bien su aumen o p oduce un desplazamien o de las
iso e mas hacia mayo es solici udes de á ea. Es
deci , la monocapa man iene sus es uc u as de
sólido o de líquido condensado pe o ocupando
mayo es á eas po molécula al inc emen a se la
empe a u a. Los alo es del á ea po molécula en
unción de la empe a u a deducidos po ex apola-
ción de las iso e mas co espondien es a las
monocapas con es uc u a sólida (A,jJ se incluyen
en la abla I.
* Las solici udes de á ea po las moléculas de la
monocapa son independien es de la empe a u a pa a
alo es supe io es a 20°C, lo cual puede a ibui se
al aumen o de la solubilidad de la monocapa en la
sub ase (pé dida de- moléculas de ácido es eá ico
TABLA
I
A ea limi e
y
p esión ca ac e ís ica
<Xe
la
ansician
LC
.áp s en
unción
de la
empe a u a
ae
monocapas
de
acido es eá ico espa cidas sob e agua desionizada,
T(2C) 10 15 20 40
1T^
( M/m)
2 2
Aiim(^/^^1^C)
O'142 22'0
0'176
23'5
0'186
24'0
0'197
24'0
0'197
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116 G asas y Acei es
po disolución en la subíase) debido al inc emen o
de la empe a u a, o bien a una pé dida pa cial de
la misma como consecuencia del a as e de las
moléculas que o man la monocapa ocasionada po
la e apo ación de la subíase a las empe a u as
supe io es. Es con enien e eco da a al eíec o que
el alo del pa áme o R que ela i iza la solici ud
de á ea po molécula de ío ma au omá ica median e
la unidad de con ol se man iene en un alo
cons an e pa a cada expe iencia, independien emen-
e de la empe a u a a la cual se ealiza la comp e-
sión.
A ( wi /molec.)
3.2. Monocapas de ácido es eá ico sob e
disoluciones de e anol en la subíase
El es udio de la in luencia de la concen ación de
e anol en la subíase sob e las ca ac e ís icas de las
monocapas de ácido es eá ico se ha ealizado en cinco
disoluciones con concen aciones de e anol comp en-
didas en e O'l y 2 mol/L.
Disolución acuosa de e anol a 0'1 mol/L como sub-
íase.
Los esul ados ob enidos se ep esen an en la
igu a 2. Pa a el análisis de los esul ados es con e-
nien e indica que la p ime a iso e ma se egis a a
20°C,
a con inuación se ealiza la expe iencia a la
empe a u a de 40*^0 y, inalmen e, se e ec úan dis-
in as comp esiones a 5°C. A pa i de las iso e mas
egis adas se ob iene, po ex apolación del segmen-
o ec o ca ac e ís ico de la es uc u a sólida de la
monocapa, las á eas po molécula que se exponen en
la abla II. De los esul ados ob enidos se deduce lo
siguien e:
* La monocapa posee es uc u a de líquido conden-
sado que se ans o ma en sólida al aumen a la
p esión de comp esión o disminui el á ea disponi-
Figu a 2
Iso e mas de comp esión p esión supe íicial-á ea po
molécula de ácido es eá ico. Subíase: Disolución acuo-
sa de e anol de 0.1 mol/L. Tempe a u as. 1: 5°C, 2:
25-40°C.
ble.
La p esión ca ac e ís ica
(TI*)
a la cual se p oduce
la ci ada ansición aumen a al inc emen a se la
em-
pe a u a desde 5°C has a 20°C.
* La es uc u a y el á ea po molécula de la monocapa
son independien es de la empe a u a cuando es a
supe a los 20°C. La coincidencia de las iso e mas
de comp esión que se ob ienen en el in e alo com-
p endido en e 20 y 40°C puede debe se a la
disolución del ácido es eá ico de la monocapa en
la subíase en una p opo ción al que el p e isible
aumen o del eque imien o de á ea con la empe-
a u a se compense po la exis encia de menos mo-
léculas en la supe icie.
* Al educi se la empe a u a del sis ema de 20°C a
5°C disminuye el á ea ocupada po cada molécula,
si bien se man iene la es uc u a de la monocapa.
T as la ealización de comp esiones sucesi as a la
ci ada empe a u a se obse a una disminución p o-
g esi a del á ea po molécula ocupada po la mo-
nocapa. El hecho de que la educción del á ea po
TABLA
II
Solici ud
es eá ico
0.1 mol/L.
la Comp esión
2a comp esión
ia comp esión
2a comp esión
3a comp esión
4a Comp esión
5a Comp esión
de
á ea
po
woléculdL
de
i ^nocapas
de
ácido
espa cidas
T(2C)
20
40
5
5
5
6
6
solD e disolución
de
e anol,
A(nm2/mol«c)
0.
£02
0.
202
0.
170
0,
150
0.
134
0,
134
0.
134
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42 Faso. 2 (1991) 117
- '40
3
A (nm /molec.)
Figu a 3
Iso e mas de comp esión p esión supe icial-á ea po
molécula de ácido es eá ico. Subíase: Disolución
acuosa de e anol de 0.2 mol/L. Tenipe a u as. 1: 5°C,
2:
100C, 3: 20°C, 4: 30°C, 5: 40°C.
molécula ienda a un alo cons an e a pa i de la
cua a comp esión a la que se some e la monocapa
pa ece indica que la ci ada dependencia es á e-
lacionada con la endencia del sis ema a alcanza
las condiciones es aciona ias. La disminución del
á ea ocupada po molécula a la empe a u a in e io
es de di ícil jus i icación, si no se admi e la exis en-
cia de una disolución p e ia de las moléculas de la
monocapa a las mayo es empe a u as.
Disolución acuosa de e anol a 0*2 mol/L como sub-
íase.
Las monocapas de ácido es eá ico espa cidas
sob e una disolución 0'2 mol/L de e anol se ca ac e-
ou
•
40
20
0 ¡
TX
V
•3~-
'^^""
O 0.1 0.2 0.3 A (nmVmolec.)
Figu a 4
Iso e mas de comp esión p esión supe icial-á ea po
molécula de ácido es eá ico. Sub ase: Disolución
acuosa de e anol de 0.5 mol/L. Tempe a u as. 1: 5°C,
2:
10°C. 3: 25°C {p ime a comp esión), 4: 25°C
(segunda comp esión).
izan po posee una es uc u a y una solici ud de á ea
po molécula que son independien es de la empe a-
u a en el in e alo comp endido en e 5 y 40°C, según
se deduce de las iso e mas egis adas en la igu a
3. Es os esul ados pa ecen con i ma las azones
expues as en el apa ado co espondien e a la
monocapa de ácido es eá ico espa cida sob e disolu-
ción de e anol a O'l mol/L y some idas a comp esio-
nes con inuas, a la empe a u a de 5°C. En e ec o, al
ealiza se en es e caso las expe iencias en el o den
indicado en la igu a, de empe a u as c ecien es, y
anscu ido un pe íodo de iempo en e cada comp e-
sión,
las iso e mas egis adas a cada empe a u a son
coinciden es. La independencia en e las iso e mas
TABLAIII
T
TTc
(2C)
P esión
de
espa cidas
( M/m)
colapso
sob e
5
52^
de monocapas
disolución
10
54'0
acuosa
20
44'4
de
de
acide
e anol
25
35'2
es eá ico
0'2 mol/L.
40
'39'!
TABLA
IV
P esión
de
es eá ico colapso
y
á ea ocupada po molécula
de
ácido
espa cido
concen ación
0'5 mo
Iso e ma
1
2
3
4
T
(2C)
5
20
25
25
sob e
una
1/L
en
e anol,
TTc (nM/m)
43'2
42'0
19^0
13'3
disolución acuosa
de
Aij^mCmn^/moléc.
)
25
25
—
--
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118 G asas y Acei es
ob enidas y la empe a u a puede a ibui se a la
disolución de las moléculas de la monocapa en la
subíase, que se inc emen a al aumen a la empe a-
u a.
Un aumen o de empe a u a modi ica la p esión
de colapso (nj de la monocapa, según se expone en
la abla III. Es os esul ados son consis en es con la
a i mación de exis encia de ines abilidad de la mono-
capa po disolución, de sus moléculas en la subíase
en las condiciones de expe imen ación. En e ec o, la
exis encia de una ele ada p esión de colapso se ha
asociado a un inc emen o de las ue zas de cohesión
de Van de Waals en e las moléculas de la mono-
capa (20) (21) un hecho que de e mina cuándo una
molécula puede o ma una monocapa insoluble (22)
(23).
Disolución acuosa de e anoi a 0'5 mol/L como sub-
íase.
En la igu a 4 se esumen los esul ados ob eni-
dos al comp imi una monocapa de ácido es eá ico
espa cido sob e una disolución acuosa de e anoi de
concen ación 0'5 mol/L. Su es uc u a es p ác ica-
men e independien e de la empe a u a, exis iendo una
ansición líquido condensadas? sólida al aumen a la
p esión eje cida sob e la misma. En es as ci cuns an-
cias la empe a u a incide sob e la p esión de colapso
de la monocapa disminuyendo su alo al aumen a
la empe a u a, según se mues a en los esul ados
incluidos en la abla IV. Finalmen e, as la ealización
de dos comp esiones consecu i as a la empe a u a
de 25°C se educe la p esión de colapso.
Los esul ados ep esen ados en la igu a 4 e-
ue zan la idea de la impo ancia de la solubilidad de
la monocapa. En e ec o, es obse able en es as
ci cuns ancias que al aumen a la empe a u a se
inc emen a la solubilidad de la monocapa man enién-
dose su es uc u a. Es deci , la espe able expansión
que la monocapa debe expe imen a con la empe a-
u a se compensa con la exis encia de la disolución
de algunas de sus moléculas y las iso e mas se
egis an con idén ica solici ud de á ea po molécula,
independien emen e de la empe a u a a la cual se
ealiza la comp esión. Es a idea es coincidep e con
los da os expues os en la abla IV sob e la dependen-
cia en e empe a u a y la p esión de colapso. Po lo
an o,
la educción en la p esión de colapso, as
comp esiones sucesi as a la empe a u a de 25°C
puede se la consecuencia de la exis encia de un
pe íodo ansi o io as un p oceso de disolución p e ia,
un enómeno simila al discu ido p e iamen e al
espa ci el mismo ácido g aso sob e disolución acuosa
de e anoi de concen ación 0'1 M. Es e compo amien-
o es semejan e al dé la mayo ía de las monocapas
de lípidos espa cidas sob e agua en las cuales se ha
comp obado la exis encia de disolución (24-26).
Disolución acuosa de e anoi a 1 mol/L como subíase.
La iso e ma de comp esión p esión supe icial-á ea
de una monocapa de ácido es eá ico espa cida sob e
disolución acuosa de e anoi de concen ación 1 mol/
L a la empe a u a de 20°C se ep esen a en la igu a
5. Al igual que ocu e con los esul ados expe imen-
ales discu idos en apa ados an e io es, es lógico
pensa en la exis encia de disolución de moléculas de
la monocapa en la subíase de concen ación 1 mol/
L de e anoi.
3
60
50
40
30
20
10
0
h ^3
••'2
1
su
1 '•!
i>
1
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1
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1
•(
1
:(
P
11
1
!i
1
:i
1
:i
1
»l
1-»
1 •*
1.
X^^ J
0.1 0.2 0.3 . / 2, , V
A (nm /molec.)
Figu a 5
Iso e mas de comp esión p esión supe icial-á ea po
molécula de ácido es eá ico a 20°C. Subíase: Diso-
luciones acuosas de e anoi. 1: O mol/L, 2: 0.1 mol/
L, 3: 0.2 mol/L, 4: 0.5 mol/L, 5: 1 mol/L, 6: 2 mol/L
Disolución acuosa de e anoi a 2 mol/L como subía-
se.
En la igu a 5 se incluye la iso e ma co espon-
dien e a la p ime a comp esión ealizada sob e una
monocapa de ácido es eá ico espa cido sob e una di-
solución de e anoi en agua de concen ación 2 mol/
L en solu o.
Es in e esan e des aca la signi ica i a educción
en el á ea po molécula al compa a es a expe ien-
cia con las discu idas en apa ados an e io es, e e-
idas a disoluciones con meno con enido de e anoi
en la subíase. Es a educción en la solici ud de á ea
po molécula ha de a ibui se necesa iamen e a un
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42 Faso. 2 (1991) 119
p oceso de disolución de moléculas de la monocapa,
incluso a las meno es empe a u as. En e ec o, de la
misma iso e ma se obse a que la es uc u a de la
monocapa es semejan e a la deducida de las expe-
iencias comen adas en apa ados an e io es, con una
de sólido o de líquido condensado, según la p esión
eje cida sob e la monocapa. Pa a es as condiciones
la in luencia de la empe a u a se conc e a en una
educción de la p esión de colapso de la monocapa
con el aumen o de empe a u a.
TABLA V A ea ocupada po molécula de ácido es eá ico espa cida
sob e una disolución de e anol-agua de concen ación
2 mol/L,
T (2C) 20 25 30 35 40 i5 10 5
^lim-
lO^ínm^/TOléc. 4 i'4 1'4 1'6 3'2 2'0 2'0 2'0
p esión de colapso p óxima a los 50 mN/m, si bien
es de des aca la exis encia, a es a empe a u a, de
una mese a a la p esión de 32 mN/m que sepa a la
exis encia de dos con igu aciones dis in as de la
monocapa. Es posible, no obs an e que el egis o de
esa mese a se deba a un solapamien o de las iso e -
mas Co espondien es a la monocapa y a la subíase.
Se ha comp obado expe imen almen e que pa a bajas
solici udes de á ea po molécula, cuando ambas
ba e as, la mó il y la de medición, es án p óximas,
la subíase p esen a una ac i idad supe icial p opia
(27).
Las iso e mas co espondien es a las comp esio-
nes ealizadas sob e la monocapa en el in e alo
comp endido en e 5 y 40°C no se incluyen en la igu a
debido a la p oximidad de sus egis os al eje de
abscisas, si bien las solici udes de á ea po molécula
deducidas po ex apolación de los mismos se expo-
nen en la abla V, debido a que en el ci ado in e alo
En la igu a 5 se ep esen an las iso e mas
co espondien es a monocapas de ácido es eá ico
espa cido sob e disoluciones alcohólicas con dis in as
concen aciones de solu o a la empe a u a de 20°C.
En es as ci cuns ancias:
* la ans o mación sólido -*• líquido condensado se
a o ece con el aumen o de la concen ación de
e anol.
* al aumen a la concen ación de e anol en la sub-
íase se educe la p esión de colapso de la mono-
capa,
aunque el alo de á ea ocupada po cada
molécula es p ác icamen e insensible a la ci ada
a iación,
según se expone en la abla VI. Los e-
sul ados ob enidos con una concen ación 2 M de
e anol en la subíase cons i uye una excepción en
el compo amien o an es comen ado.
En la igu a 6 se ep esen a la dependencia de
la concen ación de e anol en la subíase y de la
empe a u a sob e el á ea ocupado po cada molécula
TABLA VI P esión de colapso y á ea ocupada po molécula de ácido
es eá ico espa cida sob e disoluciones de e anol a 202C.
E anol (mol/L) O
TTg (nM/m)
Aiimínní/moléc) 0'202 0'200 0'216 0'216 0'210 0'043
O'l
50
0'2
49
0'5
42
í
37'6
2
33
de empe a u as, la monocapa man iene una es uc-
u a sólida. El o den de ealización de las comp esio-
nes coinciden con el indicado en la ci ada abla.
Dicusión global de esul ados con e anol como sub-
íase.
De las expe iencias ealizadas se deduce una
p ác ica independencia en e las es uc u as de la
monocapa y la empe a u a, cualquie a que sea la
concen ación de e anol en la subíase. Dichas es uc-
u as,
según lo comen ado en los apa ados co es-
pondien es son coinciden es con las con igu aciones
de ácido es eá ico co espondien e a su es uc u a
sólida.
Según puede obse a se la in luencia de la
concen ación de e anol en la subíase es cuan i a i-
amen e supe io a la eje cida po la empe a u a.
Además, y debido a que no es espe able que la
es uc u a que adop an las moléculas de ácido es eá-
ico en la monocapa sea más compac a que la exis-
en e en su es uc u a c is alina (28), los alo es del
á ea lími e de la monocapa in e io es al á ea ocupada
po los á omos en dicho c is al son conco dan es con
la opinión de exis encia de un p oceso de disolución
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120 G asas y Acei es
A ea molecula del ácido
es eá ico
en su
es uc u-
a
c is alina.
0.0
E anol
{mi/I)
Figu a 6
In luencia de la empe a u a y de la concen ación
de e anol en la subíase sob e el á ea lími e de
monocapas de ácido es eá ico.
T (^C)
CLAVE
5
• 10
•
15
* 20
o 30
A
40
0
de moléculas de ácido es eá ico de la monocapa en
la subíase alcohólica, que se po encia a los alo es
más al os de empe a u a y de concen ación de e anol
en la subíase.
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