Tensin superficial

Ejemplo de tensin superficial: una aguja deacerosobreagua.Enfsicase denominatensin superficialde un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea.1Esta definicin implica que el lquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunosinsectos, como elzapatero(Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensin superficial (una manifestacin de las fuerzas intermoleculares en los lquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los lquidos y las superficies slidas que entran en contacto con ellos, da lugar a lacapilaridad. Como efecto tiene la elevacin o depresin de la superficie de un lquido en la zona de contacto con un slido.Otra posible definicin de tensin superficial: es la fuerza que acta tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un lquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie.Las fuerzas cohesivas entre las molculas de un lquido, son las responsables del fenmeno conocido como tensin superficial.Causa

Diagrama de fuerzas entre dos molculas de un lquido.

Este clip est debajo del nivel del agua, que ha aumentado ligeramente. La tensin superficial evita que el clip se sumerja y que el vaso rebose.

A nivel microscpico, la tensin superficial se debe a que lasfuerzasque afectan a cadamolculason diferentes en el interior del lquido y en la superficie. As, en el seno de un lquido cada molcula est sometida a fuerzas de atraccin que en promedio se anulan. Esto permite que la molcula tenga unaenergabastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del lquido. Rigurosamente, si en el exterior del lquido se tiene ungas, existir una mnima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia dedensidadesentre el lquido y gas.Otra manera de verlo es que una molcula en contacto con su vecina est en un estado menor de energa que si no estuviera en contacto con dicha vecina. Las molculas interiores tienen todas las molculas vecinas que podran tener, pero las partculas del contorno tienen menos partculas vecinas que las interiores y por eso tienen un estado ms alto de energa. Para el lquido, el disminuir su estado energtico es minimizar el nmero de partculas en su superficie.2Energticamente, las molculas situadas en la superficie tiene una mayor energa promedio que las situadas en el interior, por lo tanto la tendencia del sistema ser disminuir la energa total, y ello se logra disminuyendo el nmero de molculas situadas en la superficie, de ah la reduccin de rea hasta el mnimo posible.Como resultado de minimizar la superficie, esta asumir la forma ms suave que pueda ya que est probado matemticamente que las superficies minimizan el rea por laecuacin de Euler-Lagrange. De esta forma el lquido intentar reducir cualquier curvatura en su superficie para disminuir su estado de energa de la misma forma que una pelota cae al suelo para disminuir su potencial gravitacional.Propiedades

La tensin superficial puede afectar a objetos de mayor tamao impidiendo, por ejemplo, el hundimiento de una flor.La tensin superficial suele representarse mediante la letra griega(gamma), o mediante(sigma). Sus unidades son de Nm-1=Jm-2=Kg/s2=Dyn/cm (vaseanlisis dimensional).Algunas propiedades de: > 0, ya que para aumentar el estado del lquido en contacto hace falta llevar ms molculas a la superficie, con lo cual disminuye la energa del sistema yes

o la cantidad de trabajo necesario para llevar una molcula a la superficie. depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto que, en general, ser un lquido y un slido. As, la tensin superficial ser igual por ejemplo para agua en contacto con su vapor, agua en contacto con un gas inerte o agua en contacto con un slido, al cual podr mojar o no (vasecapilaridad) debido a las diferencias entre las fuerzas cohesivas (dentro del lquido) y las adhesivas (lquido-superficie). se puede interpretar como un fuerza por unidad de longitud (se mide en Nm-1). Esto puede ilustrarse considerando un sistema bifsico confinado por un pistn mvil, en particular dos lquidos con distinta tensin superficial, como podra ser elaguay elhexano. En este caso el lquido con mayor tensin superficial (agua) tender a disminuir su superficie a costa de aumentar la del hexano, de menor tensin superficial, lo cual se traduce en una fuerza neta que mueve el pistn desde el hexano hacia el agua. El valor dedepende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno del lquido. De esta forma, cuanto mayor sean las fuerzas de cohesin del lquido, mayor ser su tensin superficial. Podemos ilustrar este ejemplo considerando tres lquidos:hexano,aguaymercurio. En el caso del hexano, las fuerzas intermoleculares son de tipofuerzas de Van der Waals. El agua, aparte de la de Van der Waals tiene interacciones de puente de hidrgeno, de mayor intensidad, y el mercurio est sometido alenlace metlico, la ms intensa de las tres. As, lade cada lquido crece del hexano al mercurio. Para un lquido dado, el valor dedisminuye con latemperatura, debido al aumento de la agitacin trmica, lo que redunda en una menor intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares. El valor detiende a cero conforme la temperatura se aproxima a latemperatura crticaTcdel compuesto. En este punto, el lquido es indistinguible del vapor, formndose una fase continua donde no existe una superficie definida entre ambos, desapareciendo las dos fases. Al haber solamente una fase, la tensin superficial vale 0.Medida de la tensin superficial

Tensimetro porttil de presin de burbuj para la medicin de la Tensin Superficial.Mtodosestticos: la superficie se mantiene con el tiempo1) Mtodo del anillo de Noy: Calcula la F necesaria para separar de la superficie del lquido un anillo. F=4R (siendo R el promedio del radio externo e interno del anillo.2) Mtodo del platillo de Wilhelmy: Medida de la F para separar la superficie de una delgada placa devidrio. Precisin de 0,1%.Mtodosdinmicos: la superficie se forma o renueva continuamente1) Tensimetro (Mtodo de presin de burbuja): En un lquido a T cte se introduce un capilar de radio R conectado a un manmetro. Al introducir gas se va formando una burbuja de radio r a medida que aumenta la P en el manmetro. Al crecer r disminuye hasta un mnimo, r=R y despus vuelve a aumentar. Esto hace posible su uso en ambos, laboratorios de investigacin y desarrollo, as como monitoreo del proceso directamente en la planta.

Mtodo de presin de burbuja para la medicin de la tensin superficial dinmica.Tambin se puede medir con unestalagmmetro.EcuacionesEcuaciones empricas que se ajustan a las medidas dea distintas T.Ecuacin deEtvs:= k/Vm2/3(Tc-T) k= 2.1 erg/KEcuacin de Van der Waals:=0(1-T/Tc)n; n=11/9 (liq)=8 (H2O)=1 (metales lquidos)Para un lquido en equilibrio con su vapor dG= -SdT+VdP+dA suponiendo el sistema cerrado con dn=0. Segn la condicin de equilibrio termodinmico se cumple que:= (dG/dA)>0. De esta ecuacin sacamos que la energa libre de Gibbs disminuye al disminuir el rea superficial de un sistema, tratndose este proceso de un proceso espontneo.Valores para diferentes materialesTabla de tensiones superficiales de lquidos a 20 C:MaterialTensinSuperficial/ mN/m o dina/cm)

Acetona23,70

Benceno28,85

Tetracloruro de Carbono26,95

Acetato de etilo23,9

Alcohol etlico22,75

ter etlico17,01

Hexano18,43

Metanol22,61

Tolueno28,5

Agua72,75