Tensión Superficial FÍS.

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Física

Considérese la horquilla de la fig. la, cuyo cierre sea el alambre móvil LL’, de longitud 1. Si se introduce el conjunto horquilla-cierre en una solución jabonosa, al sacarlo se observa en la horquilla una doble (de un lado y de otro de la horquilla) película de la solución jabonosa. Para que el alambre LL’ no sea arrastrado hacia A, es preciso ejercer una cierta fuerza hacia afuera. Supongamos que a partir de una posición de equilibrio desplazamos hacia afuera y reversiblemente (v. TERMODINÁMICA) el alambre LL’ una distancia 8x, tal que la superficie jabonosa se estira8s= l8x.

Entonces el trabajo realizado en el desplazamiento es FSx= L (1Sx)= (Ss= 2128s.

)En esta última ecuación hemos puesto en evidencia que con la fuerza F desplazamos las dos capas de solución jabonosa. SeaF 21de modo que las dimensiones de o- son de fuerza por unidad de longitud, o bien de energía (o más precisamente energía libre) por unidad de superficie. La magnitud o- se denomina t. s. de la solución jabonosa con el aire.

La t. s. (o-) se refiere siempre al contacto de dos medios. Cuando uno de ellos es una fase condensada, p. ej., un líquido o un sólido, entonces o->0. Se puede explicar heurísticamente este hecho diciendo que, p. ej., en el contacto líquido-gas, las moléculas líquidas experimentan de su medio fuerzas básicamente atractivas, de manera que las próximas al gas, al no tener compensada desde el gas la atracción que tienen desde el líquido, tienden a "entrar" más en el propio líquido. Así, la superficie del líquido en contacto con el gas tiende a contraerse, fenómeno de la tensión superficial. Éste es el mecanismo de formación, p. ej., de gotas de lluvia. El líquido busca ocupar, para un volumen dado, la menor superficie, o la mayor energía superficial, prácticamente proporcional al área. Por eso las gotas de lluvia son esféricas. En la práctica, no son esféricas debido a la gravedad, que tiende a "alargarlas" en dirección vertical.

En cambio, si las dos fases en contacto son condensadas, p. ej., dos líquidos o un líquido y un sólido, no es fácil predecir el signo de o-, y hay casos en que o->0, ó o-<0.

Para hacerse una idea, la t. s. entre agua pura y aire es a 15° C unas 73 din/cm. (erg/cmz). Para una interfase entre aire y un metal líquido, o- es mucho mayor debido a la mayor densidad del metal líquido frente al agua. Para una interfase aceite-agua, el valor de a-, aunque positivo, es menor que para el aire-agua. Entre alcohol y agua, o- es negativo, y en realidad la interfase es muy difícil de observar.

Precisamente cuando o-0 una condición de inmiscibilidad.

Normalmente, la t. s. entre dos medios disminuye cuando se aumenta la temperatura. El valor de a entre dos fases fluidas suele variar con las impurezas. Un detergente parece ser tanto más útil cuanto más capaz es de reducir la a agua-sólido, de modo que entonces el agua moja más la superficie sólida con que se encuentre en contacto, retirando así la suciedad.

Entre los dos lados de una interfase hay siempre una diferencia de presión cuya explicación proviene de la t. s., de modo que si la superficie interfases no es totalmente esférica, esta diferencia de presión desde la parte cóncava hacia la convexa de la superficie valede si el líquido mojaáp=0 1 + (1R, Rzdonde R, y RZ son los dos radios principales de curvatura de la superficie.

Cuando se tienen tres medios en contacto, tales como sólido, líquido y gas (fig. 2), la línea de contacto depende(0 7r/2)o no al sólido(0 7T/2)Para el caso del mercurio 8=150°. Obviamente se aumenta el grado de moje cuando B tiende a cero. Desde el punto de vista microscópico, la t. s. interfases y, en consecuencia, el mojar o no mojar dependen de los potenciales intermoleculares en cada una de las fases y de las fases entre sí.

Un caso más interesante es la capilaridad (fig. 3), que ocurre cuando se introduce un tubo delgado (un capilar) en un líquido. Se observa que si el líquido moja (agua, por ej.) ocurre lo indicado en fig. 3a, mientras que si el líquido no moja ocurre lo de fig. 3b. La condición de equilibrio en ambos casos (ley de Jurin) es4[v/pg1z cos B h=, ddonde h es la altura subida 1~B>27)o bajada1 (-2 7r<0-

Aparentemente, la t. s. entre dos fases hace que pueda considerarse la interfase como una membrana elástica. Así ocurre que en los estanques se ven mosquitos, guardabalsas y otros animales ligeros andar "flotando". Uno puede decir que el peso de esos animáculos, aunque deforme la membrana interfases, no es suficiente para romperla.

V. t.: ABSORCIÓN Y ADSORCIÓN.

M. G. VELARDE.

BIBL.: J. PALACIOS, Física general, Madrid 1965; R. DEFAY, I. PRIGOGINE y A. BELLEMANS, Surtace Tension and Adsorption, Londres 1966; J. W. GIBBs, The Collected Works (Thermodynamics), New Haven (EE. UU.) 1948.