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Tensión superficial

Hay una fuerza de atracción entre las moléculas en líquidos, y los líquidos pueden fluir hasta que adquieren la forma que maximiza esta fuerza de atracción. Debajo de la superficie del líquido, la fuerza de la cohesión entre las moléculas es igual en todas las direcciones, como se indica en la figura [*].

Figure: Cohesión entre partículas y la tensión superficial.
Image Figura8

Las moléculas en la superficie del líquido, sin embargo, sienten una fuerza neta de atracción que tira de ellas nuevamente hacia dentro del cuerpo líquido. Consecuentemente, el líquido intenta adquirir la forma que tiene el área superficial más pequeña posible, es decir la forma de una esfera. La magnitud de la fuerza que controla la forma del líquido se llama la tensión superficial. Cuanto más fuertes son los enlaces entre las moléculas en el líquido, más grande es la tensión superficial.

Hay también una fuerza de adhesión entre un líquido y las paredes que lo contiene. Cuando la fuerza de adhesión es una vez y media más grande que grande que la fuerza de cohesión entre las moléculas líquidas, se dice el líquido "moja" al sólido. Un buen ejemplo de este fenómeno es la adherencia de papel con el agua. La fuerza de adhesión entre papel y agua combinada con la fuerza de cohesión entre las moléculas de agua explica porqué las hojas de papel mojado quedan apelmazadas.

El agua moja al cristal debido a que la fuerza de adhesión que resulta de las interacciones entre las cargas positivas de la molécula de agua y la carga negativa de los átomos de oxígeno en el vidrio. Consecuentemente, el agua forma un menisco que se curva hacia arriba en un tubo de vidrio de diámetro pequeño, como se muestra en la figura [*]. El menisco formado es el resultado del balance de fuerzas entre la adhesión "jalando" la columna par mojar la pared de vidrio y la fuerza de gravedad tirando hacia abajo en el líquido.

Figure: El agua sube por las paredes del tubo de vidrio con diámetro pequeño y forma un menisco que se curva hacia arriba, mientras que el mercurio forma un menisco que se curva hacia abajo.
Image Figura9

La fuerza de adhesión entre el agua y la cera es muy pequeña comparada con la fuerza de cohesión entre las moléculas de agua. Consecuentemente, la lluvia no se adhiere a la cera. Tiende a formar gotas, es decir, agruparse con el área superficial más pequeña posible, de tal modo que se maximiza la fuerza de cohesión entre las moléculas de agua. La misma cosa sucede cuando el mercurio se derrama sobre el cristal o se vierte en un tubo de cristal estrecho. La fuerza de cohesión entre los átomos del mercurio es tanto más grande que la fuerza de adhesión entre el mercurio y el cristal, de tal suerte que el área de contacto entre el mercurio y el cristal es mínima, dando como resultado neto que el menisco se forma como se indica en la figura [*]

En el método de tubo capilar para medir la tensión superficial $ \gamma,$ el líquido en el tubo subirá o bajará una distancia $ l
$ igual a:

$\displaystyle l=\frac{2\gamma}{\rho rg}%
$ (5)

donde $ r$ es el radio del tubo capilar, $ g$ es la constante gravitacional y $ \rho$ es la densidad. Si se usa el método de comparación:

$\displaystyle \frac{\gamma_{1}}{\gamma_{0}}=\frac{d_{1}l_{1}}{d_{0}l_{0}}%
$ (6)

En el método del peso de la gota, $ \gamma$ se determina a partir de la masa de la gota que se forma en el extremo del tubo capilar antes de caer. En el método En el método de burbuja de presión, $ \gamma$ se determina midiendo la presión requerida para producir una burbuja de un gas en el líquido en el extremo de un tubo capilar. En el método de anillo, $ \gamma$ se relaciona con la fuerza necesaria para levantar un anillo desde la superficie del líquido.


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Oscar Jaramillo 2007-04-25