Que es la tension superficial del agua

Cómo pronunciar tensión superficial

La tensión superficial se define como la cantidad de energía necesaria para aumentar la superficie de un líquido en una cantidad unitaria. Las unidades pueden expresarse en julios por metro cuadrado (J/m2). También se puede considerar como una fuerza por unidad de longitud que tira de un objeto (Mellendorf, 2002). En este caso, las unidades serían en newtons/metro (N/m). Como las fuerzas son tan pequeñas, la tensión superficial se expresa a menudo en milinewtons por metro (mN/m – 1 mN es 1/1000 N). Es un buen ejercicio hacer el análisis dimensional y demostrar que ambas formas de expresar la tensión superficial -J/m2 y N/m- son equivalentes.

La fuerza surge de la atracción mutua entre las moléculas del líquido. Investiga sobre la química del agua para saber más sobre sus atracciones intermoleculares. En particular, estudia los enlaces de hidrógeno.

En este experimento, fabricarás y utilizarás una balanza monohaz para medir la fuerza ejercida por la tensión superficial sobre una aguja que flota en la superficie del agua. La aguja se fijará a la balanza y medirás cuánta fuerza se necesita para sacar la aguja del agua. La tensión superficial del agua proporciona la resistencia. A partir de tus mediciones, podrás calcular la tensión superficial del agua.

¿Cómo se compara la tensión superficial del agua con la de otros líquidos?

Junto con el mercurio, el agua tiene la tensión superficial más alta de todos los líquidos comunes. La tensión superficial es una manifestación de la presencia del enlace de hidrógeno. Las moléculas de agua que se encuentran en la superficie son fuertemente atraídas por las moléculas de agua que se encuentran debajo de ellas por sus enlaces de hidrógeno. Si el diámetro del recipiente se reduce hasta un orificio muy fino, la combinación de la cohesión, que mantiene unidas a las moléculas de agua, y la atracción adhesiva entre las moléculas de agua y el recipiente de cristal arrastrarán la columna de agua hasta grandes alturas. Este fenómeno se conoce como capilaridad. Se trata de una propiedad clave que permite a los árboles mantenerse en altura, por ejemplo, porque la tensión superficial da rigidez a tallos y troncos. Las plantas se “marchitan” porque son incapaces de adquirir agua suficiente para mantener la tensión superficial necesaria. Y, por supuesto, las gotas de agua (lluvia) y la niebla que se condensan en forma de gotas en las superficies son una función de la tensión superficial del agua. Sin esta propiedad, el agua sería una capa viscosa y las células no tendrían forma. La tensión superficial disminuye con la temperatura y la salinidad.

¿Cuál es la causa de la tensión superficial en el agua?

La tensión superficial es la tendencia de las superficies líquidas en reposo a contraerse en la mínima superficie posible. La tensión superficial es lo que permite que objetos con una densidad superior a la del agua, como cuchillas de afeitar e insectos (por ejemplo, los zancudos acuáticos), floten en la superficie del agua sin sumergirse ni siquiera parcialmente.

Hay dos mecanismos principales en juego. El primero es una fuerza hacia el interior de las moléculas de la superficie que hace que el líquido se contraiga[2][3] El segundo es una fuerza tangencial paralela a la superficie del líquido[3] Esta fuerza tangencial suele denominarse tensión superficial. El efecto neto es que el líquido se comporta como si su superficie estuviera cubierta por una membrana elástica estirada. Pero esta analogía no debe llevarse demasiado lejos, ya que la tensión en una membrana elástica depende de la cantidad de deformación de la membrana, mientras que la tensión superficial es una propiedad inherente a la interfase líquido-aire o líquido-vapor[4].

Debido a la atracción relativamente alta de las moléculas de agua entre sí a través de una red de enlaces de hidrógeno, el agua tiene una tensión superficial más alta (72,8 milinewtons (mN) por metro a 20 °C) que la mayoría de los demás líquidos. La tensión superficial es un factor importante en el fenómeno de la capilaridad.

Ejemplo de tensión superficial del agua

La tensión superficial es un fenómeno en el que la superficie de un líquido, cuando éste está en contacto con un gas, actúa como una fina lámina elástica. Este término suele utilizarse sólo cuando la superficie del líquido está en contacto con un gas (como el aire). Si la superficie está entre dos líquidos (como el agua y el aceite), se denomina “tensión de interfase”.

Diversas fuerzas intermoleculares, como las fuerzas de Van der Waals, acercan las partículas líquidas. A lo largo de la superficie, las partículas son atraídas hacia el resto del líquido, como se muestra en la imagen de la derecha.

Para considerar la termodinámica de la situación, a veces es útil considerarla en términos de trabajo por unidad de superficie. La unidad SI, en ese caso, es el J/m2 (julios por metro cuadrado). La unidad cgs es el erg/cm2.

Gotas de agua. Cuando se utiliza un cuentagotas, el agua no fluye en un chorro continuo, sino en una serie de gotas. La forma de las gotas se debe a la tensión superficial del agua. La única razón por la que la gota de agua no es completamente esférica es que la fuerza de la gravedad tira de ella hacia abajo. En ausencia de gravedad, la gota reduciría al mínimo la superficie para minimizar la tensión, lo que daría lugar a una forma perfectamente esférica.