Tension

19 de diciembre de 2007

Tension Superficial


Resumen La superficie de cualquier l´ ıquido se comporta como si sobre esta existe una membrana con tensi´n. o A este fen´meno se le conoce como tensi´n superficial. La tensi´n superficial de un l´ o o o ıquido est´ asociada a a la cantidad de energ´ necesaria para aumentar su superficie por unidad de ´rea. ıa a

Introducci´n o
Las fuerzas deatracci´n y de repulsi´n intermolecular afectan a propiedades de la materia como el punto o o de ebullici´n, de fusi´n, el calor de vaporizaci´n y la tensi´n superficial. o o o o Dentro de un l´ ıquido, alrededor de una mol´cula act´an atracciones sim´tricas pero en la superficie, una e u e mol´cula se encuentra s´lo parcialmente rodeada por mol´culas y en consecuencia es atra´ hacia adentro e o e ıdadel l´ ıquido por las mol´culas que la rodean. Esta fuerza de atracci´n tiende a arrastrar a las mol´culas de e o e la superficie hacia el interior del l´ ıquido (tensi´n superficial), y al hacerlo el l´ o ıquido se comporta como si estuviera rodeado por una membrana invisible. La tensi´n superficial es responsable de la resistencia que un l´ o ıquido presenta a la penetraci´n de su o superficie, de latendencia a la forma esf´rica de las gotas de un l´ e ıquido, del ascenso de los l´ ıquidos en los tubos capilares y de la flotaci´n de objetos u organismos en la superficie de los l´ o ıquidos. Termodin´micamente la tensi´n superficial es un fen´meno de superficie y es la tendencia de un l´ a o o ıquido a disminuir su superficie hasta que su energ´ de superficie potencial es m´ ıa ınima, condici´nnecesaria para o que el equilibrio sea estable. Como la esfera presenta un ´rea m´ a ınima para un volumen dado, entonces por la acci´n de la tensi´n superficial, la tendencia de una porci´n de un l´ o o o ıquido lleva a formar una esfera o a que se produzca una superficie curva o menisco cuando est´ en contacto un l´ a ıquido con un recipiente. A la fuerza que act´a por cent´ u ımetro de longitud deuna pel´ ıcula que se extiende se le llama tensi´n o superficial del l´ ıquido, la cual act´a como una fuerza que se opone al aumento de ´rea del l´ u a ıquido. La tensi´n o superficial es num´ricamente igual a la proporci´n de aumento de la energ´ superficial con el ´rea y se mide e o ıa a en erg/cm2 o en dinas/cm. La energ´ superficial por cent´ ıa ımetro cuadrado se representa con la letra griegagamma(γ). Los valores de la tensi´n superficial mostraron que las mol´culas superficiales tienen una energ´ o e ıa aproximadamente 25 % mayor que las que se encuentran en el interior del fluido. Este exceso de energ´ no ıa se manifiesta en sistemas ordinarios debido a que el n´mero de mol´culas en la superficie es muy peque˜o u e n en comparaci´n con el n´mero total del sistema. o u En la pr´ctica, losefectos de superficie son significativos para part´ a ıculas que tienen un di´metro menor a de 10−4 cm.

Marco teorico
En las proximidades de la pared de un recipiente, una mol´cula del l´ e ıquido (se˜alada en color rojo) experin menta las siguientes fuerzas: Su peso, P La fuerza de cohesi´n que ejercen el resto de las mol´culas del l´ o e ıquido sobre dicha mol´cula Fc . e La fuerza deadherencia que ejercen las mol´culas de la pared sobre la mol´cula del l´ e e ıquido Fa .

Figura 1: Ejemplo Supondremos despreciable la fuerza que ejercen sobre la mol´cula considerada, las mol´culas de vapor por e e encima de la superficie del l´ ıquido. En la figura de la izquierda, se muestran las fuerzas sobre dos mol´culas, e una que est´ muy cerca de la pared y otra que est´ m´s alejada. En lafigura de la derecha, se muestra la a a a resultante de dichas fuerzas. La superficie es siempre normal a la resultante. Cuando las mol´culas est´n e a alejadas de la pared, la resultante debida al peso y a las fuerzas de cohesi´n (las fuerzas de adherencia son o despreciables) es vertical hacia abajo, la superficie es entonces, horizontal. Pueden ocurrir dos casos seg´n u sea la intensidad de las...