Tensión superficial

PRÁCTICA 6

TENSIÓN SUPERFICIAL

OBJETIVO

Determinar la tensión superficial de líquidos usando el método de la burbuja y el aparato de Otto Stenbach.

Comprender la importancia que tiene el concepto de tensión Superficial de los líquidos.

INTRODUCCIÓN

Tensión superficial.- La explicación que justifica el hecho de que líquidos diferentes generen gotas de distinto tamaño, resideen la misma explicación que justifica que algunos insectos o animales puedan “caminar” sobre la superficie del agua, así como el uso de servilletas de papel como absorbente, cómo la savia accede desde las raíces hasta las hojas y porqué el detergente sirve para lavar. Lo que explica todos estos fenómenos es lo que denominamos como tensión superficial.


a) b)
Figura 6.1. Ejemplos de cómoinsectos a) o animales b) pueden suspenderse en la superficie de los líquidos debido a la tensión superficial.

Todos los líquidos presentan una cierta tendencia a disminuir su superficie libre, la cual se comporta de forma parecida a como lo hace una membrana elástica. Dicha propiedad es debida a la existencia de fuerzas tangenciales a la superficie o fuerzas de tensión, por lo que se denominatensión superficial.

Desde un punto de vista molecular, la tensión superficial se explica como debida a la condición especial de las moléculas situadas en la superficie del líquido. Una molécula del líquido situada en el interior del mismo es solicitada en todas direcciones por fuerzas atractivas procedentes de las otras moléculas que la rodean, de modo que, por simetría, se compensan mutuamentesus efectos (ver fig. 6.2).

En la superficie o en sus proximidades, la simetría se rompe y sólo las moléculas que están por debajo de la superficie atraen a las de la capa límite, dando lugar a una fuerza neta dirigida hacia el interior de la masa líquida que tensa la superficie libre y produce ese efecto de malla o membrana elástica. De aquí que sea necesario consumir cierto trabajo paramover las moléculas hacia la superficie venciendo la resistencia de estas fuerzas, por lo que las moléculas de la superficie tienen más energía que las interiores.

Figura 6.2. Fuerzas que actúan sobre las moléculas de un líquido.

Se define cuantitativamente la tensión superficial como el trabajo que debe realizarse para llevar moléculas en número suficiente desde el interior del líquido hasta lasuperficie para crear una nueva unidad de superficie. Debido a estas fuerzas, la superficie tiende a contraerse y ocupar el área más pequeña posible, si se trata de una gota libre, tiende a tomar forma esférica.

Podremos calcular el trabajo necesario , para incrementar en la superficie de la gota como;
donde: , representa la fuerza neta que apunta al interior de la gota y sedenomina tensión superficial. , representa a la interfase limítrofe (agua y aire).

Las unidades de tensión superficial serían . Empelando las unidades recomendadas por el sistema internacional se expresarían como .
Si desarrollamos este cociente, se llega a:
Por lo que a la tensión superficial también se le conoce como la Fuerza por unidad de longitud = .

Presión producidapor la curvatura de una superficie.- Young y Laplace dedujeron de forma independiente en 1805 la fórmula de la diferencia de presión entre el interior y el exterior de una superficie esférica de radio R.

La fórmula de Young-Laplace demuestra que la presión en el interior de de una superficie esférica es siempre mayor que en el exterior, que la diferencia de presión se incrementa cuando disminuyeel radio de dicha superficie, y que se hace cero cuando la superficie es plana (radio infinito).
Los líquidos tienden a minimizar su superficie. Por esta razón, las gotas tienen forma esférica en ausencia de gravedad. La tensión superficial tiende a reducir el área de la superficie y por tanto, el volumen de la gota. La diferencia de presión tiende a incrementar el volumen de la gota, la...