Tension Superficial

Tensión Superficial

Química 4102
Sept 2011

Universidad de Puerto Rico
Recinto de Mayagüez
Departamento de Química
Tensión superficial
I. Objetivos
El objetivo de este experimento es utilizar el método de ascenso capilar para estudiar los
cambios en tensión superficial de acetona y/o agua en función temperatura. Además, observar
cómo cambia la tensión superficial al utilizar otroscompuestos orgánicos tales como los
alcoholes.

II. Introducción
La tensión superficial mide las fuerzas internas que hay que vencer para poder expandir el área
superficial de un líquido. La energía necesaria para crear una nueva área superficial,
trasladando las moléculas de la masa líquida a la superficie de la misma, es lo que se llama
tensión superficial. A mayor tensión superficial,mayor es la energía necesaria para transformar
las moléculas interiores del líquido a moléculas superficiales.
La tensión superficial es causada por los efectos de las fuerzas intermoleculares que existen en
la interface. La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea
y de la temperatura. Líquidos cuyas moléculas tengan fuerzas de atracción intermolecularesfuertes tendrán tensión superficial elevada.
En general, la tensión superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión
disminuyen al aumentar la agitación térmica. La influencia del medio exterior se debe a que las
moléculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie
del líquido, contrarrestando las acciones de las moléculas dellíquido.


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Figura 1. Tensión superficial de agua en función de temperatura
Dado que las fuerzas intermoleculares de atracción entre moléculas de agua se deben a los
enlaces de hidrógeno y éstos representan una alta energía, la tensión superficial del agua es
mayor que la de muchos otros líquidos.

Tensión superficial de líquidos(dinas/cm)
Agua

72.75

Tolueno

28.5

Metanol

22.61

n-Hexano

18.43

Éter etílico

17.01

Alcohol etílico
Acetato de etilo

22.75
23.9

Tetracloruro de carbono

26.95

Benceno

28.85

Acetona

23.7

Mercurio

465

Figura 2. Comparación de la tensión superficial de agua con otros compuestos

H. Félix

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TensiónSuperficial

Un modelo típico para demostrar tensión superficial es el de una caja con una tapa corrediza.
La tensión interface entre la tapa y el líquido se asume como cero. Descubriendo una nueva
superficie, dA, la tapa tiene que moverse de un punto a otro.
El trabajo mecánico necesario para realizar esto es proporcional a la superficie destapada y
puede igualarse a un aumento en la energíalibre de Gibbs del sistema.

dG = γdA

Ecuación 1

La constante de proporcionalidad, γ, es la tensión superficial y se define para sistemas de un
componente como:

 ∂G 
= γ


 ∂ A  T , P ,n

1
2

Ecuación 2

r
3

Ecuación 3

γ =  h + rρg

donde,
γ= tensión Superficial (dina/cm)
h = cambio en altura (cm)
r = radio del capilar (cm)
ρ = densidad del compuesto(g/cm3)
g= constante de gravedad (980.665 cm/s2)
Simplificando la ecuación cuadrática,

r
∂G
1
= γ =  h +  r ρg
∂A T , P ,n
2
3
Ecuación 4

γ =

1
1
hrρg + r 2 ρg
2
6
Ecuación 5

γ=

1
∆h avg rg ρ
2

Ecuación 6

Debido a que r es bien pequeño y al elevarlo al cuadrado se hace más pequeño el término se
considera despreciable y se puede simplificar la ecuación auna lineal en vez de cuadrática,

1 2
r ρg ≈ 0
6
0
1
1
γ = hrρg + r 2 ρg
2
6
1
γ = hrgρ
2
H. Félix

Ecuación 7

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Como el movimiento de la tapa es un proceso mecánicamente reversible, el calor asociado con
él es proporcional a la entropía de superficie:

dq reversible = TdS S = TS s dA

Ecuación 8

donde,...