Tensión superficial

Física Aplicada. Interacción molecular. Moléculas de agua

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FISICOQUÍMICA DE SUPERFICIES Y MICELAS

TEMA 2. TENSIÓN SUPERFICIAL

1.- ¿Por qué las gotas de agua no son cuadradas o triangulares, sino que tienden a ser

esférica?

Se define el coeficiente de tensión superficial (s) como la fuerza que la tensión superficial de un líquido ejerce sobre la parte del objeto en contacto con la superficie del mismo, resultado de la atracción de las moléculas, refiriéndola a la unidad de longitud del contorno (o perímetro).

s = DF/L

En el agua, al igual que ocurre en todos los líquidos, las moléculas establecen interacciones atractivas que las mantienen cohesionadas. En el interior, una molécula de agua está rodeada de otras de su misma especie. Como se ilustra

en la figura 1, las interacciones se distribuyen en todas las direcciones sin existir ninguna privilegiada. Sin embargo en la interfase que limita la gota y la separa del aire, la situación es diferente. Una molécula de agua que ocupe cualquier posición de esta superficie, no tiene a otras sobre ella, lo que significa que no está sometida a interacciones con otras moléculas de agua, más allá de la interfase.

En consecuencia se da una asimetría en la distribución de interacciones y la aparición de una

fuerza resultante neta que apunta hacia el interior de la gota.

Debido a la tensión superficial y a la aparicion de esta fuerza hacia el interior, las gotitas pequeñas de un líquido tienden a adquirir forma esférica. Cuando se forma la gota, la tensión superficial tiende a comprimirla reduciendo al mínimo posible la superficie de la misma, resultando así esférica la gota.

2.- ¿Que relación tiene la capilaridad con la tensión superficial? 3.- ¿Por qué el agua asciende por las paredes de un tubo de vidrio?

El fenómeno de la capilaridad supone el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de pequeño diámetro (tubo capilar), o en un medio poroso (por ej. un suelo), debido a la acción de la tensión superficial del líquido sobre la superficie del sólido. Este fenómeno es una excepción a la ley hidrostática de los vasos comunicantes, según la cual una masa de líquido tiene el mismo nivel en todos los puntos; el efecto se produce de forma más marcada en tubos capilares, es decir, tubos de diámetro muy pequeño. La capilaridad, o acción capilar, depende de las fuerzas creadas por la tensión superficial y por el mojado de las paredes del tubo. Si las fuerzas de adhesión del líquido al sólido (mojado) superan a las fuerzas de cohesión dentro del líquido (tensión superficial), la superficie del líquido será cóncava y el líquido subirá por el tubo, es decir, ascenderá por encima del nivel hidrostático. Este efecto ocurre por ejemplo con agua en tubos de vidrio limpios. Si las fuerzas de cohesión superan a las fuerzas de adhesión, la superficie del líquido será convexa y el líquido caerá por debajo del nivel hidrostático. Así sucede por ejemplo con agua en tubos de vidrio grasientos (donde la adhesión es pequeña) o con mercurio en tubos de vidrio limpios (donde la cohesión es grande). La absorción de agua por una esponja e un ejemplo de ascensión capilar. El agua sube por la tierra debido en parte a la capilaridad, y algunos instrumentos de escritura como la pluma estilográfica (fuente) o el rotulador (plumón) se basan en este principio.

4.- ¿Qué esperarías observar al colocar una hoja de afeitar o una aguja en formar horizontal

sobre una superficie libre de agua?

Para contestar a esta última pregunta, realiza la siguiente actividad

Materiales

1 aguja de acero

1 hoja de afeitar

detergente líquido

palangana de un litro de capacidad

Reactivo

agua

Procedimiento

Parte A

1) Llena un vaso de boca ancha con agua hasta dos terceras partes de su capacidad.

2) Cuando el agua esté quieta, coloca sobre su superficie una aguja en posición horizontal.

i)¿Qué crees que ocurrirá? ¿Por qué?

En principio no deberia hundirse debido a la tension superficial que existe entre la superficie de la aguja y la del agua, y que hace a esta última “elástica”

ii) ¿Qué ocurrió? ¿Cómo puedes explicar lo sucedido?

Efectivamente no se ha hundido porque actuan las fuerzas de twension superficial del agua que impiden que el alfiler se hunda ya que evitan que el alfiler atraviese la superficie líquida

3) Agrega unas gotas de detergente

iii) ¿Qué ocurrió ahora? ¿Por qué?

En este caso no se hunde ya que el detergente lo que hace romper los enlaces de las moléculas de agua, con lo que desaparece la tension superficial que hace que la aguja no se hunda

Parte B

1) Realiza exactamente lo mismo que en la parte A, pero con una hoja de afeitar.

i) ¿Qué crees que ocurrirá? ¿Por qué? Lo mismo de antes por los mismos motivos

ii) ¿Qué ocurrió? ¿Cómo puedes explicar lo sucedido?

2) Completa la siguiente tabla

Observaciones aguja

Sin detergente Con detergente

flota . .sisi s si no

i

no flota . .

otras . .

Observaciones hoja de afeitar

flota . . si

si

no flota . .

otras . .