Tensión Superficial

Introducción





Las fuerzas intermoleculares determinan varias de las características estructurales y propiedades de los líquidos una de ellas es la tensión superficial.




Fuerzas intermoleculares:


Si colocan una lámina de virio en un depósito de agua quedará pegada. Las fuerzas de atracción entre las moléculas de agua quedaran pegadas.
Las fuerzas de atracciónentre las moléculas de agua y las de vidrio son mayores que las fuerzas entre las moléculas de agua adyacentes. Se mide con el ángulo de contacto α (trazando una tangente en el punto de intersección de la lamina de vidrio y la superficie libre del agua), en este caso α=25







Ahora si la varilla de vidrio se coloca en un depósito de mercurio y se retira la lámina, nada del mercurio seadhiere al vidrio. En este caso, la atracción de las moléculas de mercurio con las de vidrio es menor que las fuerzas de cohesión de las moléculas de mercurio entre sí. De igual forma se halla el ángulo de contacto, trazando una tangente, en este caso α=130º









Cuando el ángulo es pequeño se dice que el líquido moja al vidrio.


Tensión superficial

La tensión es el resultado delas fuerzas moleculares, que ejercen una atracción no compensada hacia el interior del líquido sobre las moléculas individuales de la superficie; esto se refleja en la considerable curvatura en los bordes donde el líquido está en contacto con la pared del recipiente. Las moléculas que se encuentran en el seno de un líquido son jaladas en todas direcciones por las fuerzas intermoleculares; no haytendencia hacia una dirección única. Sin embargo, las moléculas de la superficie son jaladas hacia abajo y hacia los lados por otras moléculas, pero no hacia arriba de la superficie.
La tensión superficial es una medida de la fuerza elástica que existe en la superficie de un líquido. Es la cantidad de energía necesaria para estirar o aumentar la superficie de un líquido por unidad de área.Concretamente, la tensión superficial es la fuerza por unidad de longitud de cualquier línea recta de la superficie líquida que las capas superficiales situadas en los lados opuestos de la línea ejercen una sobre otra.
La tendencia de cualquier superficie líquida es hacerse lo más reducida posible como resultado de esta tensión, como ocurre con el mercurio, que forma una bola casi redonda cuando sedeposita una cantidad pequeña sobre una superficie horizontal.
La tensión superficial tiene como principal efecto la tendencia del líquido a disminuir en lo posible su superficie para un volumen dado, de aquí que un líquido en ausencia de gravedad adopte la forma esférica, que es la que tiene menor relación área/volumen.








Para la molécula A dentro del líquido, la fuerza media esnula, debido a las moléculas vecinas de su alrededor.
Para el caso de la molécula B que se halla en la superficie del líquido, experimenta fuerzas de atracción dirigidas solamente hacia abajo, si se lleva la molécula B hacia arriba, habrá una fuerza resultante actuando hacia abajo para impedir que escape.

Definición del coeficiente de tensión superficial (σ)

Es la fuerza aplicada a la unidad delongitud del borde de la película superficial del líquido:
[pic]
Donde: [pic]: fuerza perpendicular a la longitud.
a: ancho de las dos películas.









Si la altura de la película formada en el marco es h, entonces el trabajo realizado para formar la película es:
[pic]
Luego, se obtiene:
[pic]

Formación de una gota de agua:

Consideremos la mitad de la gota y [pic]es la fuerza hacia la izquierda debido a la tensión superficial y [pic]como la fuerza hacia la derecha debido a [pic].






Para formar la gota, en el equilibrio: [pic] = [pic]
[pic]
Entonces se obtiene [pic] “Ley de TATE”
Formación de una burbuja de jabón / calculo de [pic]:
[pic]
Puesto que la película de burbuja es muy fina, se tiene: [pic] de tal forma que: [pic]...