Tensin superficial

Tensin superficial

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Ejemplo de tensin superficial: una aguja de acero sobre agua.

En fsica se denomina tensin superficial de un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea.[1] Esta definicin implica que el lquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (

lacustris" 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 la capilaridad. 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.

Contenido

[ocultar] 1 Causa 2 Propiedades 3 Valores para diferentes materiales 4 Vase tambin 5 Referencias

5.1 Bibliografa 5.2 Enlaces externos

[editar] 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 las fuerzas que afectan a cada molcula son 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 una energa bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del lquido. Rigurosamente, si en el exterior del lquido se tiene un gas, existir una mnima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre el lquido y el 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.[2] Energticamente, 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 la ecuacin 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.

[editar] 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 . Sus unidades son de Nm-1=Jm-2 (vase anlisis 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 y es

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 (vase capilaridad) 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 el agua y el hexano. 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 de depende 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, agua y mercurio. En el caso del hexano, las fuerzas intermoleculares son de tipo fuerzas 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 al metlico" enlace metlico, la ms intensa de las tres. As, la de cada lquido crece del hexano al mercurio.

Para un lquido dado, el valor de disminuye con la temperatura, debido al aumento de la agitacin trmica, lo que redunda en una menor intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares. El valor de tiende a cero conforme la temperatura se aproxima a la crtico" temperatura crtica Tc del compuesto. En este punto, el lquido es indistinguible del vapor, formndose una fase continua donde no existe una superficie definida entre ambos ....

[editar] Valores para diferentes materialesTabla de tensiones superficiales de lquidos a 20 C:

MaterialTensin Superficial / (10-3 N/m)

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

[editar] Vase tambin Capilaridad Energa superficial ngulo de contactoQue es la tensin superficial?

La superficie de cualquier lquido se comporta como si sobre esta existe una membrana a tensin. A este fenmeno se le conoce como tensin superficial. La tensin superficial de un lquido est asociada a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea.

Insecto caminando sobre aguaGota de aguaCuales son las causas de la tensin superficial?

La tensin superficial es causada por los efectos de las fuerzas intermoleculares que existen en la interfase. La tensin superficial depende de la naturaleza del lquido, del medio que le rodea y de la temperatura. Lquidos cuyas molculas tengan fuerzas de atraccin intermoleculares fuertes tendrn tensin superficial elevada.

Fuerzas en el seno de un lquidoTensin superficial y cuerpos livianosComo influye la temperatura a la tensin superficial?

En general, la tensin superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin trmica. La influencia del medio exterior se debe a que las molculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las molculas situadas en la superficie del lquido, contrarrestando las acciones de las molculas del lquido.

Variacin de la tensin superficial del agua con la temperaturaLa tensin superficial del agua

Dado que las fuerzas intermoleculares de atraccin entre molculas de agua se deben a los enlaces de hidrgeno y stos representan una alta energa, la tensin superficial del agua es mayor que la de muchos otros lquidos.

Comparacin de la tensin superficial del agua con otros lquidosMedicin de la tensin superficial del agua

Existen varios mtodos para medir la tensin superficial de un lquido. Uno de ellos consiste en utilizar un anillo de platino que se coloca sobre la superficie del agua. Se mide la fuerza que se requiere para separar el anillo de la superficie del agua con una balanza de alta precisin.

Diagrama 3. Diagrama de cuerpo libre del anillo de DuNoyEjercicio:

Si la fuerza requerida para separar un anillo de DuNoy de 4 cm. de dimetro de la superficie de un lquido es de 18.6 g Cual es el valor de la tensin superficial del lquido?

Donde

F: Fuerza

Tensin Superficial

D: Dimetro

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Tensin superficial. Las fuerzas de atraccin y de repulsin intermolecular afectan a propiedades de la materia como el punto de ebullicin, de fusin, el calor de vaporizacin y la tensin superficial. Dentro de un lquido, alrededor de una molcula actan atracciones simtricas pero en la superficie, una molcula se encuentra slo parcialmente rodeada por molculas y en consecuencia es atrada hacia adentro del lquido por las molculas que la rodean. Esta fuerza de atraccin tiende a arrastrar a las molculas de la superficie hacia el interior del lquido (tensin superficial), y al hacerlo el lquido se comporta como si estuviera rodeado por una membrana invisible. La tensin superficial es responsable de la resistencia que un lquido presenta a la penetracin de su superficie, de la tendencia a la forma esfrica de las gotas de un lquido, del ascenso de los lquidos en los tubos capilares y de la flotacin de objetos u organismos en la superficie de los lquidos. Termodinmicamente la tensin superficial es un fenmeno de superficie y es la tendencia de un lquido a disminuir su superficie hasta que su energa de superficie potencial es mnima, condicin necesaria para que el equilibrio sea estable. Como la esfera presenta un rea mnima para un volumen dado, entonces por la accin de la tensin superficial, la tendencia de una porcin de un lquido lleva a formar una esfera o a que se produzca una superficie curva o menisco cuando est en contacto un lquido con un recipiente. A la fuerza que acta por centmetro de longitud de una pelcula que se extiende se le llama tensin superficial del lquido, la cual acta como una fuerza que se opone al aumento de rea del lquido. La tensin superficial es numricamente igual a la proporcin de aumento de la energa superficial con el rea y se mide en erg/cm2 o en dinas/cm. La energa superficial por centmetro cuadrado se representa con la letra griega gamma (.TENSIN SUPERFICIAL DE ALGUNOS LQUIDOS (a 20C)nombre del lquido en dinas/cmnombre del lquido en dinas/cm

Acetona23.7ter etlico17.01

Benceno28.85n-Hexano18.43

Tetracloruro de carbono26.95Metanol22.61

Acetato de etilo23.9Tolueno28.5

Alcohol etlico22.75Agua72.75

Los valores de la tensin superficial mostraron que las molculas superficiales tienen una energa aproximadamente 25 % mayor que las que se encuentran en el interior del fluido. Este exceso de energa no se manifiesta en sistemas ordinarios debido a que el nmero de molculas en la superficie es muy pequeo en comparacin con el nmero total del sistema. En la prctica, los efectos de superficie son significativos para partculas que tienen un dimetro menor de 10-4 cm.TENSIN SUPERFICIALTensin superficial, condicin existente en la superficie libre de un lquido, semejante a las propiedades de una membrana elstica bajo tensin. La tensin es el resultado de las fuerzas moleculares, que ejercen una atraccin no compensada hacia el interior del lquido sobre las molculas individuales de la superficie; esto se refleja en la considerable curvatura en los bordes donde el lquido est en contacto con la pared del recipiente. Concretamente, la tensin superficial es la fuerza por unidad de longitud de cualquier lnea recta de la superficie lquida que las capas superficiales situadas en los lados opuestos de la lnea ejercen una sobre otra.

La tendencia de cualquier superficie lquida es hacerse lo ms reducida posible como resultado de esta tensin, como ocurre con el mercurio, que forma una bola casi redonda cuando se deposita una cantidad pequea sobre una superficie horizontal. La forma casi perfectamente esfrica de una burbuja de jabn, que se debe a la distribucin de la tensin sobre la delgada pelcula de jabn, es otro ejemplo de esta fuerza. La tensin superficial es suficiente para sostener una aguja colocada horizontalmente sobre el agua. Vase tambin Capilaridad.

La tensin superficial es importante en condiciones de ingravidez; en los vuelos espaciales, los lquidos no pueden guardarse en recipientes abiertos porque ascienden por las paredes de los recipientes.

Tensin superficial.

En el bien conocido experimento en que se demuestra que el acero puede flotar, se coloca cuidadosamente una aguja o una hoja de afeitar sobre la superficie del agua contenida en un vaso. Este experimento es una excelente demostracin de la propiedad de los fluidos conocida como tensin superficial . Se sabe que la superficie libre de fluidos est sometida a un estado de esfuerzo, de manera que si por ella se trazase una lnea imaginaria, existira una fuerza de cada lado de la lnea.

La magnitud de esta fuerza puede medirse por la fuerza necesaria para elevar de la superficie del lquido un anillo de alambre, como se ilustra en la fig. 1. Si S es la tensin superficial del lquido a ambos lados del alambre, como se muestra en la figura 1, la fuerza total F, requerida para levantar el alambre, ser:

F = D * 2SEn donde D es el dimetro del anillo. Por consiguiente, la tensin superficial S estar dada por:

S = F / 2 D

Fig. 1Dispositivo empleado para medir tensin superficial La tensin superficial de un lquido e funcin nicamente de la temperatura, si la superficie est expuesta ya sea aire o su propio vapor. La tensin superficial de varios lquidos depende de la substancia en contacto con el lquido. Por ejemplo, la tensin superficial del mercurio, en contacto con el aire, es de 0.482 Kg/m; pero disminuye a 0.402 Kg/m, aproximadamente, cuando el mercurio est en contacto con el agua. Se ha medido la tensin superficial en diferentes lquido, en contacto con otros lquidos o con su propio vapor el aire. El fenmeno de la tensin superficial hace que los lquidos en contacto con slidos formen cierto ngulo con la superficie, como se muestra en la figura 2, al que se denomina ngulo de contacto.

(a)ngulos de contacto de un lquido con la superficie: a) ngulo de contacto > 90, el lquido no moja la superficie. B) ngulo de contacto