Tensión superficial

La palabra tensión superficial está formada por dos vocablos, el primero de ellos, tensión procede del vocablo “tensio”, que significa “acción y efecto de encontrarse estirado”. El otro vocablo, superficial, proviene de “superficialis”, que se traduce como “lo equivalente a la superficie”. La palabra tensión entonces es la situación en la que se encuentra un cuerpo bajo la influencia de fuerzas opuestas, y que ejercen una determinada atracción sobre él. Superficial, por su parte, es todo aquello que está relacionado con la superficie exterior, el límite o la capa superior de algo.

• Unidad: N/m
• Fórmula: Y = fuerza superficial / longitud sobre la que actúa

¿Qué es tensión superficial?

La tensión superficial es un fenómeno en el que la superficie de un líquido el cual se encuentra en contacto con un gas, como por ejemplo con el aire, llega a actuar como un tipo de lámina elástica.

Definición

El concepto de tensión superficial es muy utilizado dentro del campo de la física para poder hacer referencia a la cantidad de energía que se necesita para poder incrementar la superficie que tiene un líquido por unidad de área. Esta energía es necesaria porque los líquidos ejercen resistencia en el momento de incrementar la superficie.

Las moléculas de un líquido son moléculas que se atraen entre sí, es por esta razón que el líquido se encuentra “cohesionado”. Cuando existe una superficie, las moléculas que se encuentran ubicadas justo debajo de ella, sienten una serie de fuerzas hacia los lados, de forma horizontal, y hacia abajo, pero no hacia arriba, y esto sucede porque no se encuentra ninguna molécula encima de la superficie. El resultado de esta situación es que las moléculas que está en superficie la son atraídas hacia el interior de éste. Esta capa de moléculas superficiales actúa como una membrana elástica tirante y de esta manera, es la tensión superficial la que se encarga de cerrar una gota y es capaz de sostenerla contra la gravedad mientras cuelga desde un gotario.

Propiedades

Algunas de las propiedades que tiene la tensión superficial son:

• La tensión superficial es > 0, ya que para lograr aumentar el estado del líquido en contacto se deben llevar más moléculas a la superficie, disminuyendo la energía del sistema.
• La tensión superficial va a depender de la naturaleza de las dos fases que están en contacto, generalmente un líquido y un sólido.
• Puede ser interpretada como una fuerza por unidad de longitud y se mide en N·m−1.
• El valor de la tensión superficial va a depender de la magnitud que tienen las fuerzas intermoleculares en el seno del líquido.
• Entre mayor sean las fuerzas de cohesión que tiene un líquido, mayor será su tensión
• Para un líquido dado, el valor de la tensión superficial disminuye con la temperatura, esto porque al aumento de la agitación térmica, lo que excede en una menor intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares.

Quién la descubrió

La científica que descubrió la tensión superficial fue Agnes Pockels, originaria de Alemania, quién además fue la pionera en el campo de la monocapa.

Historia

La historia de la tensión superficial nos cuenta que cuando Agnes Pockels se encontraba lavando los platos descubrió la influencia que ocasionaban las impurezas en la tensión superficial de los líquidos. Para medir la tensión superficial, desarrolló lo que se conoció como la cubeta de Pockels, precursora de la de Langmuir. En 1891, junto con el físico Lord Rayleigh, logró publicar su primer trabajo conocido con el nombre de «tensión superficial» en la prestigiosa revista «Nature».

Coeficiente de tensión superficial

Es importante saber que la tensión superficial depende de la naturaleza que tenga el líquido y de la temperatura. En el sistema internacional, el coeficiente de la tensión superficial se expresa en N/m. Para un líquido determinado, el coeficiente de tensión únicamente va a depender de la naturaleza que tenga el líquido y de su temperatura. Existe una fórmula para obtener el coeficiente de tensión superficial que es la siguiente:

Y = fuerza superficial / longitud sobre la que actúa = Dinas / cm = 10^-3 N/m

Métodos para determinar la tensión superficial

Algunos de los métodos más comunes que existen para poder determinar la tensión superficial son:

• Ascenso capilar: se hace cuando un líquido asciende por un tubo capilar mojando las paredes del tubo, formando un menisco cóncavo en la superficie líquido-aire provocando un ascenso del líquido en el interior del capilar que se detiene en el momento en que las presiones son iguales.
• Método de doble capilar: consiste en introducir un segundo capilar de otro diámetro al primero, para que las alturas sean diferentes pues son inversamente proporcionales a los radios de sus respectivos capilares.
• Método del levantamiento del anillo: se basa en medir la fuerza necesaria para separar un anillo de la superficie.
• Peso de la gota: mide la tensión superficial en una interfase líquido-aire o la tensión interfacial líquido-líquido. Consiste en medir el volumen de las gotas de un líquido que se desprenden lentamente de la punta de un tubo estrecho verticalmente. El peso de la está relacionado con la fuerza debida a la tensión superficial.

Aplicaciones

La tensión superficial se puede aplicar en:

• Minería
• Agricultura
• Medicina y vida diaria

Ejemplos

Algunos ejemplos que podemos observar de la tensión superficial son los siguientes:

• Gotas de agua: cuando se utiliza un gotero de agua, el agua no fluye continuamente, sino que lo hace en una serie de gotas. Estas gotas son causadas por la tensión superficial del agua. La única razón por la cual la gota de agua no es completamente esférica es debido a la fuerza de gravedad que tira de ella.
• Los insectos caminando sobre el agua: podemos observar a varios insectos que pueden caminar sobre el agua, como por ejemplo el zancudo de agua. Sus patas están formadas para distribuir su peso, haciendo que la superficie del líquido se deprima, minimizando la energía potencial para crear un equilibrio de fuerzas para poder moverse a través de la superficie del agua sin romper la superficie.
• Aguja flotando en el agua: a pesar de que la densidad de estos objetos es mayor que el agua, la tensión superficial a lo largo de la depresión es suficiente para contrarrestar la fuerza de la gravedad que tira hacia abajo del objeto de metal.