Tension Superficial

• Tensión superficial

En la figura 1 se representan las fuerzas de atracción intermoleculares que actúan sobre moléculas situadas en el interior y en la superficie de un líquido en contacto con el aire ambiente. Mientras que las del interior están rodeadas uniformemente por otras moléculas resultando la fuerza neta cero, las situadas en la superficie carecen de esta uniformidad por lo que experimentan una fuerza resultante hacia el interior del líquido que está equilibrada por las fuerzas repulsivas entre las moléculas.

Fig. 1. Fuerzas intermoleculares en el interior del líquido y en la superficie

Como consecuencia, para aumentar la superficie de un líquido y, por tanto, para llevar moléculas a la superficie hay que realizar un trabajo contra estas fuerzas atractivas aumentando la energía potencial del sistema. El trabajo realizado es proporcional al aumento de la superficie

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donde σ es el coeficiente de tensión superficial que se mide en J/m2 (ver tabla 1).

Tabla 1. Coeficientes de tensión superficial respecto al aire

σ (-2 J/m2)

Agua 7,3

Agua jabonosa 3,0

Alcohol etílico 2,2

Mercurio 47

Teniendo en cuenta, por otra parte, que el trabajo W se puede escribir como y que ΔS = l •Δx, siendo l una longitud característica del sistema líquido respecto de la cual se aumenta su superficie, entonces , es decir,

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La fuerzas de tensión superficial de un líquido son proporcionales a la longitud característica respecto a la cual se aumenta su superficie. El factor de proporcionalidad también es la tensión superficial, σ . Por eso, a veces, se expresa en N/m.

En el laboratorio el coeficiente de tensión superficial de líquidos puede medirse mediante dos tipos de métodos: los estáticos y los dinámicos, denominados así en función de que la superficie líquida se mantenga constante o varíe durante el ensayo. En el primer caso, el más empleado es el método del anillo que consiste en determinar la fuerza mínima necesaria para extraer de un líquido una lámina delgada anular, normalmente de platino. Entre los dinámicos, el más utilizado se sirve de un aparato llamado estalagmómetro; la tensión superficial obtenida en este caso es la relativa a un líquido de referencia. Se calcula a partir del número de gotas que se desprenden del estalagmómetro para un mismo volumen de líquido problema y de agua, que se toma como referencia.

La tensión superficial disminuye apreciablemente con la temperatura y con la presencia de pequeñas cantidades de otras substancias (tensioactivas) como el jabón. En este caso, con poca energía la superficie del líquido puede experimentar un aumento considerable, favoreciéndose la formación de espuma.

• Presión debida a la curvatura

En presencia únicamente de fuerzas intermoleculares de cohesión, una pequeña porción de líquido tiene forma esférica (gotas de lluvia) debido a que la esfera es la forma geométrica que presenta la menor superficie posible.

La disminución de la superficie de la gota produce un aumento de la presión en el interior

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