Tension Superficial

CUADERNO FIRP S203-A
MODULO DE ENSEÑANZA EN FENOMENOS INTERFACIALES

en español

TENSION INTERFACIAL
Raquel E. ANTON de SALAGER

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA Lab. Formulación, Interfases, Reología y Procesos

Mérida-Venezuela (2005)

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TENSION INTERFACIAL
EXISTENCIA de una TENSION SUPERFICIAL
Las fuerzas de atracción que existenentre las moléculas de un líquido, son de diferente magnitud dependiendo de la zona del líquido considerada. Las moléculas en su seno del líquido están lo suficientemente cerca para que el efecto de las fuerzas de atracción sea considerable, pero tienden a equilibrarse. Por el contrario, las moléculas de la zona superficial (fig.1) no están rodeadas completamente por otras moléculas del líquido ypor lo tanto estas molécuals están desequilibradas con un efecto neto hacia el seno del líquido. Esta fuerza neta es normal a la superficie y será más baja mientras más pequeña sea dicha superficie. Es decir, para una superficie mínima se cumple una energía mínima y por lo tanto podemos decir que la superficie de un líquido tiende a contraerse y el efecto resultante de estas fuerzas de contracciónes lo que da origen a la tensión superficial, permitiendo además que la superficie sea estable.

Fig. 1: Fuerzas atractivas que actuan sobre las moléculas en el seno de un líquido y en la superficie libre

DEFINICION MECANISTICA de la TENSION SUPERFICIAL
Ya que la tendencia natural, de un líquido, es reducir su superficie, cualquier intento de aumentar ésta, requiere de la realización de untrabajo. Supongamos que se extiende la película de líquido contenida en un bastidor de alambre rectangular (véase fig.2). Si se aplica una fuerza F (que actuará en sentido contrario y estará balanceada por la fuerza de tensión superficial), al lado móvil del bastidor, para desplazar la película una distancia dx, el trabajo (W) realizado estará dado por:

1

dW = F dx

(1)

pero F = 2γl ;(2) ya que la película posee dos superficies. Entonces: dW = 2 γ l dx (3) siendo 2 l dx el incremento de área generado dA , y dW = γ dA (4)

l

F

Fig. 2: Definición mecánica de la tensión superficial

Las ecuaciones (2) y (4) generan dos definiciones equivalentes para γ. F 1.- γ = , ó la fuerza en dinas que actúa a lo largo de 1 cm de longitud de película, 2 l y dW 2.- γ = dA , ó eltrabajo en ergios necesario para generar un centímetro cuadrado de superficie ó la energía libre superficial por centímetro cuadrado de área. Esta última es la definición física de Tensión Superficial.

UNIDADES
Las dos definiciones dadas anteriormente para la tensión superficial son equivalentes, por lo tanto las unidades que se empleen sean las dadas por la definición 1, (dinas/cm) ó por ladefinición 2, (ergios/cm2). No influencia el valor numérico de γ, ya que 1 ergio = 1 dina/cm. La unidad normalmente empleada es dina/cm que es equivalente al mN/m. En la tabla 1 se dan los valores de la tensión superficial de algunos líquidos. Tabla 1. Tensión Superficial de líquidos a 20ºC (dinas/cm o mN/m). γ LIQUIDO Acetona 23.70 Benceno 28.85 Mercurio 485.00 Acido Oleico 32.50 Alcohol Etílico 22.75Metanol 22.61 Agua 72.75 Cloroformo 27.13 n-Hexano 18.43 Tolueno 28.50 2

EJEMPLOS
1.- Caso de una Burbuja de Jabón. Superficie = 4πr2 Si el radio de la burbuja disminuye en dr, la disminución de área: dA = 8π r dr y la cantidad de trabajo para lograr esta disminu-ción de área : dW = 4π r γ dr. El trabajo contra las fuerzas de presión es: dW = 4π r2 ∆P dr. Al equilibrio, estos son iguales 2γ∆P = r (Ecuación de Laplace)

dr

r

Fig. 3

NOTA: Cuando menor el radio r , mayor el ∆P entre el interior y el exterior de la burbuja. NOTA: En realidad para una burbuja de jabón hay dos interfases, la interior y la exterior. Pero esto equivale simplemente a duplicar los factores si se desprecia el espesor de la película.

2.- Contacto entre tres Fases. El balance vectorial de fuerzas...