TENSIÓN SUPERFICIAL

TENSIÓN SUPERFICIAL
En un fluido cada molécula interacciona con las que le rodean. El radio de acción de las fuerzas moleculares es
relativamente pequeño, abarca a las moléculas vecinas más cercanas. Vamos a determinar de forma cualitativa, la
resultante de las fuerzas de interacción sobre una molécula que se encuentra en
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
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A, el interior del líquido
B, en las proximidades de la superficie
C, en la superficie
Consideremos una molécula (en color rojo) en el seno de un líquido en equilibrio, alejada de la superficie libre tal como
la A. Por simetría, la resultante de todas las fuerzas atractivas procedentes de las moléculas (en color azul) que la
rodean, será nula.
En cambio, si la molécula se encuentra en B, por existir en valor medio menos moléculas arriba que abajo, la molécula
en cuestión estará sometida a una fuerza resultante dirigida hacia el interior del líquido.
Si la molécula se encuentra en C, la resultante de las fuerzas de interacción es mayor que en el caso B.
Las fuerzas de interacción, hacen que las moléculas situadas en las proximidades de la superficie libre de un fluido
experimenten una fuerza dirigida hacia el interior del líquido.
Como todo sistema mecánico tiende a adoptar espontáneamente el estado de más baja energía potencial, se
comprende que los líquidos tengan tendencia a presentar al exterior la superficie más pequeña posible.
La energía superficial se define como la energía necesaria para romper los enlaces intermoleculares dando lugar a una
superficie. En la física del sólido, las superficies deben ser intrínsecamente menos favorables energéticamente que la
masa; es decir, debe haber una fuerza que genera la superficie. La energía superficial puede ser definida como el exceso
de energía de la superficie de un material comparado con la que tendría si estuviera inmersa en la masa.
Para los líquidos, la tensión superficial (fuerza por unidad de longitud) y la densidad de energía superficial son idénticos.
El agua tiene una densidad de energía superficial de 0.072 J/m2 y una tensión superficial de 0.072 N/m.
Si se corta un sólido en piezas se rompen sus enlaces y entonces se consume energía. Si el corte es reversible la
conservación de energía nos dice que la energía consumida en el proceso de corte debe ser igual a la energía inherente
en las dos nuevas superficies creadas. La unidad de energía superficial de un material debe ser, por lo tanto, la mitad de
su energía de cohesión, siendo el resto de condiciones iguales. En la práctica esto es cierto solo para una superficie
recién cortada preparada en vacío. Las superficies a veces cambian su forma de forma irreversible alejándose de
modelos simples. Se han encontrado regiones altamente dinámica, que reaccionan o cambian rápidamente, lo que hace
que la energía superficial se ve reducida por procesos de pasivación o absorción.
El nivel microscópico, la tensión superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molécula son diferentes en el
interior del líquido y en la superficie. Así, en el seno de un líquido cada molécula está sometida a fuerzas de atracción
que en promedio se anulan. Esto permite que la molécula tenga una energía bastante baja. Sin embargo, en la superficie
hay una fuerza neta hacia el interior del líquido. Rigurosamente, si en el exterior del líquido se tiene un gas, existirá una
mínima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia
de densidades entre el líquido y el gas.
Otra manera de verlo es que una molécula en contacto con su vecina está en un estado menor de energía que si no
estuviera en contacto con dicha vecina. Las moléculas interiores tienen todas las moléculas vecinas que podrían tener,
pero las partículas del contorno tienen menos partículas vecinas que las interiores y por eso tienen un estado más alto
de energía. Para el líquido, el disminuir su estado energético, es minimizar el número de partículas en su superficie.
Energéticamente, las moléculas situadas en la superficie tiene una mayor energía promedio que las situadas en el
interior, por lo tanto la tendencia del sistema será disminuir la energía total, y ello se logra disminuyendo el número de
moléculas situadas en la superficie, de ahí la reducción de área hasta el mínimo posible.
Tabla de tensión superficial de líquidos a 20 °C
Material
Tensión Superficial / (10-3 N/m)
Acetona
23,70
Benceno
28,85
Tetracloruro de Carbono 26,95
Acetato de etilo
23,9
Alcohol etílico
22,75
Éter etílico
17,01
Hexano
18,43
Metanol
22,61
Tolueno
28,5
Agua
72,75