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TENSIÓN SUPERFICIAL

Cuando se ponen en contacto dos fases distintas (por ejemplo gas-líquido, gas-sólido, sólido-líquido, etc.) existe una superficie de separación entre ellas denominada interface.

La interface constituye una zona de discontinuidad en la homogeneidad molecular. Por ello, las moléculas de la interface tienen propiedades particulares que dan lugar a fenómenos tales como la formación de gotas o la capilaridad y que se conocen como fenómenos de superficie. En función del tipo de fases que se encuentren en contacto podremos tener distintas interfaces. Por ejemplo, en la superficie de un líquido, se produce un cambio de densidad considerable entre el propio líquido y el vapor del líquido adyacente. Algo parecido sucede en las paredes del recipiente (sólido) que contiene el líquido o de las superficies de los cuerpos sólidos introducidos en él. Nos centraremos en las fases gas-líquido, líquido-sólido y gas-sólido por ser las más frecuentes.

En la figura, se representan las fuerzas de atracción intermoleculares que actúan sobre moléculas situadas en el interior y en la superficie de un líquido en contacto con el aire ambiente. Mientras que las del interior están rodeadas uniformemente por otras moléculas resultando la fuerza neta cero, las situadas en la superficie carecen de esta uniformidad por lo que experimentan una fuerza resultante hacia el interior del líquido que está equilibrada por las fuerzas repulsivas entre las moléculas.

Como consecuencia, para aumentar la superficie de un líquido y, por tanto, para llevar moléculas a la superficie hay que realizar un trabajo contra estas fuerzas atractivas aumentando la energía potencial del sistema. El trabajo realizado es

proporcional al aumento de la superficie y al coeficiente de tensión superficialCodeCogsEqn.gif(en el S.I. se mide en CodeCogsEqn(2).gif)

CodeCogsEqn(3).gif

Teniendo en cuenta, por otra parte, que el trabajo W se puede escribir como, CodeCogsEqn(4).gif, y que , CodeCogsEqn(5).gif siendo l una longitud característica del sistema líquido respecto de la cual se aumenta su superficie, entonces CodeCogsEqn(6).gif, es decir,

CodeCogsEqn(7).gif

Las fuerzas de tensión superficial de un líquido son proporcionales a la longitud característica respecto a la cual se aumenta su superficie, por ello la tensión superficial también se expresa en N/m.

Tabla (1). Coeficientes de tensión superficial respecto al aire

líquido Agua Agua jabonosa Alcohol etílico Mercurio
CodeCogsEqn(8).gif 7,3 3,0 2,2 47


En el laboratorio el coeficiente de tensión superficial de líquidos puede medirse mediante dos tipos de métodos: los estáticos y los dinámicos, denominados así en función de que la superficie líquida se mantenga constante o varíe durante el ensayo. En el primer caso, el más empleado es el método del anillo que consiste en determinar la fuerza mínima necesaria para extraer de un líquido una lámina delgada anular, normalmente de platino. Entre los dinámicos, el más utilizado se sirve de un aparato llamado estalagmómetro; la tensión superficial obtenida en este caso es la relativa a un líquido de referencia. Se calcula a partir del número de gotas que se desprenden del estalagmómetro para un mismo volumen de líquido problema y de agua, que se toma como referencia.

La tensión superficial disminuye apreciablemente con la temperatura y con la presencia de pequeñas cantidades de otras substancias (tensioactivas) como el jabón. En este caso, con poca energía la superficie del líquido puede experimentar un aumento considerable, favoreciéndose la formación de espuma.