Tensión superficial

La tensión superficial de un líquido físicamente se denomina como la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Así, se define cuantitativamente como el trabajo que debe realizarse para llevar moléculas en número suficiente desde el interior del líquido hasta la superficie para crear una nueva unidad de superficie.
Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie, es decir, la superficie de los líquidos tienden siempre a presentar la menor extensión posible, ya que la mecánica nos dice que las fuerzas siempre actúan de manera que el cuerpo adquiera una energía mínima.

Comúnmente, se trata de un fenómeno por el cual la superficie de un líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada membrana elástica, del que son responsables las fuerzas intermoleculares del líquido. Este efecto permite por ejemplo, a algunos insectos, como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. Sin embargo, hay sustancias capaces de modificar la tensión superficial de un líquido: agentes tensoactivos, como por ejemplo el jabón.

 

Las moléculas de los líquidos se atraen unas a otras en todas las direcciones, sin embargo, las moléculas que se encuentran en la superficie sólo son atraídas por sus moléculas vecinas y las de abajo, ya que encima de ellas no tienen otras. La frontera entre dos medios diferentes, en este caso agua y gas (aire), se denomina interfase. Las moléculas que se hallan en la superficie del cuerpo se encuentran en condiciones diferentes a aquellas que están en el interior del cuerpo. Las moléculas que se encuentran en el seno del líquido poseen un estado de menor energía, ya que están sometidas a las fuerzas de atracción de las moléculas que las rodean, que en promedio se anulan. Por el contrario, las moléculas de la superficie tienen un estado de energía más alto. Las interacciones que se establecen en ambos casos son diferentes y lógicamente también es diferente la energía de una molécula dentro del cuerpo y en su superficie.

Como consecuencia de ello la superficie de un líquido se comporta como una película elástica, como ya he mencionado anteriormente. Y si tenemos una membrana elástica, sobre cualquier punto de la misma actuarán fuerzas elásticas en todas las direcciones del plano que se cancelarán entre sí. La diferencia entre la energía que tienen todas las moléculas (de ambos medios) en la interfase y la que tendrían si se encontraran en el seno del líquido se llama energía superficial. Lógicamente cuanto mayor es la superficie de separación, mayor es la energía superficial. Energía superficial = α (coeficiente de tensión superficial) x S (superficie) Además, la tensión superficial depende de la temperatura (si aumenta la agitación térmica disminuyen las fuerzas entre partículas). - Este hecho es también el responsable de fenómenos como la capilaridad (proceso de los fluidos que les confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar),

o la aparición de meniscos (la curva volteada de la superficie de un líquido que se produce en respuesta a la superficie de su recipiente.

                                                    A: Cóncavo                      B: Convexo

Si las fuerzas de adhesión del líquido al sólido superan a las fuerzas de cohesión dentro del líquido, la superficie del líquido será cóncava y el líquido ascenderá por el tubo. Como es el agua. Si las fuerzas de cohesión superan a las fuerzas de adhesión, la superficie del líquido será convexa y el líquido descenderá. Es el caso del mercurio.