Tensionn Superficial

PRACTICA N 6
TENSIÓN SUPERFICIAL
Las moléculas que se hallan en la superficie de un líquido son objeto de las intensas fuerzas de atracción de las moléculas interiores. Una fuerza resultante, cuya dirección se halla en un plano tangente a la superficie en un punto particular, actúa para hacer que la superficie del líquido sea todo lo pequeña posible. La magnitud de esta fuerza actuandoperpendicular a una unidad de longitud de una línea en la superficie se llama la tensión superficial γ.
La superficie, o interfase, en donde existe la tensión se halla entre el líquido y su vapor saturado en el aire, ordinariamente a presión atmosférica. Las dimensiones de la tensión superficial son fuerza por unidad de longitud y ordinariamente se expresan en el sistema cgs como dinas por centímetro.La tensión superficial es una propiedad de una interfase. Ordinariamente se mide balanceándola a lo largo de cierta línea limítrofe, contra una fuerza igual contra la cual puede medirse.
En el método de ascenso capilar el líquido sube, debido a su tensión superficial, en un tubo capilar de pequeño diámetro interno sumergido en él (siempre y cuando el líquido moje el tubo). La línea limítrofecircular está localizada en algún punto arriba del menisco y tiene una longitud de 2πr, en donde r es el radio interno del tubo. La fuerza que hace que el liquido ascienda por el tubo es 2πrγcosθ, en donde θ es el ángulo de contacto que se muestra en la figura 1.

En el equilibrio la fuerza hacia abajo mg debida a la gravedad impide que el líquido ascienda más alto en el capilar. Aquí m es la masadel líquido en el capilar y g es la aceleración de la gravedad. Para un líquido de densidad ρ que sube a una altura h en el capilar, esta fuerza hacia abajo es πr2hρg. En el equilibrio esta fuerza está justamente balanceada por la fuerza vertical debida a la tensión superficial, 2πrγcosθ.

Para el agua y la mayoría de los líquidos este ángulo de contacto es prácticamente cero: esto significaque la superficie del líquido en el límite es paralela a la pared del capilar. Haciendo a las dos fuerzas iguales, tenemos, para el ángulo cero de contacto,
2πrγ = πr2hρg (1)
γ =½hrρg (2)
En esta derivación se ha supuesto que el vapor no tiene una densidad apreciable en comparación con la del líquido.
LA ISOTERMA DE GIBBS
Se sabe que, en general, la tensión superficial de unasolución es diferente de la del disolvente puro. También se ha observado que los solutos que disminuyen la tensión superficial de un disolvente tienden a concentrarse algo junto a la superficie (concentración superficial positiva) y los que aumentan la tensión superficial tienden a estar menos concentrados en la vecindad de la superficie (concentración superficial negativa).
En todos los casos, lamigración del soluto hacia la superficie o separándose de ella hace que la tensión superficial de la solución (y por lo tanto la energía libre del sistema) sea más baja de la que sería si la concentración del soluto fuera toda uniforme (concentración superficial igual a cero). Se llega al equilibrio cuando la tendencia a la disminución de la energía libre por la más baja tensión superficial escompensada por la tendencia al aumento de energía libre debido a la creciente no uniformidad de concentración del soluto cerca de la superficie. Lo anterior se sintetiza en la ecuación de la isoterma de Gibbs (deducida por Willard Gibbs):
(3)
donde c es la concentración global (concentración en el interior de la solución) y u es la concentración superficial y representa el exceso de soluto porunidad de área de superficie sobre la que habría si la concentración interna existiera en toda la solución hasta la superficie. Puede ser expresada en moles por centímetro cuadrado.

La relación u/c tiene las dimensiones de la longitud y, para soluciones en las que la tensión superficial aumenta con la concentración, es una medida del "espesor efectivo"' de la región en la superficie que...