Significado de Tensión Superficial

La tensión superficial es una característica presente en todos los líquidos. Se entiende que la tensión superficial de un líquido es una propiedad que un líquido tiene para mantener las moléculas juntas en su superficie, formando una especie de membrana elástica en sus extremos.

Esta propiedad es consecuencia de fuerzas intermoleculares.

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Dentro del líquido, cada molécula es atraída por otras moléculas en todas las direcciones del espacio, mientras que las moléculas de la superficie están sujetas únicamente a la tensión de las moléculas que están al lado y debajo de ellas.

Fórmula

Con esto, la tensión superficial, ϒ, se define como la fuerza que actúa sobre la superficie por unidad de longitud del área perpendicular a la fuerza, es decir:

Υ = W / A

Las unidades de tensión superficial en el Sistema Internacional son julios por metro cuadrado J.m-2 = N.m-1

El agua tiene la tensión superficial más alta de todos los líquidos y es 7,2 x 102 N.m-1.

La tensión superficial del agua resulta del enlace de hidrógeno, que son fuerzas intermoleculares causadas por la atracción de átomos de hidrógeno con los átomos de oxígeno de las moléculas de agua.

La fuerza de atracción de las moléculas en la superficie del agua es diferente de la fuerza de atracción que ocurre entre las moléculas debajo de la superficie.

Esto se debe a que las moléculas de agua que están debajo de la superficie son atraídas por otras moléculas de agua en todas las direcciones, esto significa que se atraen entre sí con la misma fuerza.

Con respecto a las moléculas que están en la superficie, no tienen moléculas por encima de ellas y, por lo tanto, su enlace de hidrógeno se limita solo a las moléculas que están al lado y debajo.

Esta desigualdad de atracciones en la superficie crea una fuerza sobre estas moléculas y hace que el líquido se contraiga, causando tensión superficial, que funciona como si fuera una membrana delgada y elástica en la superficie del agua.

Esto explica la forma esférica de las gotas de agua.

Surfactantes o Tensoactivos

La tensión superficial de los líquidos disminuye con el aumento de la temperatura y también disminuye cuando se agregan sustancias al líquido, que se llaman surfactantes o tensoactivos.

Un ejemplo práctico de un tensoactivo o surfactante es el detergente.

Los tensoactivos cuando se agregan al agua disminuyen su tensión superficial, favoreciendo su propagación.

Los tensoactivos tienen moléculas con cabezas polares y colas no polares. La cabeza polar es hidrofílica y tiene afinidad por las moléculas de agua. La cola no polar es hidrofóbica y, como tal, tiene poca o ninguna afinidad por las moléculas de agua.

En equilibrio, las moléculas de tensoactivo tienden a concentrarse en la superficie libre del agua con las cabezas hidrofílicas mirando hacia el interior del líquido y las colas hidrofóbicas mirando hacia el exterior.

Por lo tanto, cuanto mayor sea la cantidad de tensoactivo presente en el agua, más separadas estarán las moléculas entre sí y, en consecuencia, las intensidades de las fuerzas de tensión superficial serán menores.

Con la adición de más tensoactivo, la superficie libre del agua alcanza la saturación. En este punto, las intensidades de las fuerzas de tensión superficial alcanzan sus valores mínimos.

Y con la adición de aún más tensioactivo, el líquido restante alcanza la saturación, es decir, la concentración micelar crítica. Posteriormente se produce la formación de micelas.

En las micelas, las colas hidrofóbicas giran hacia adentro y las cabezas hidrofílicas giran hacia afuera, manteniéndose en contacto con las moléculas de agua.

La forma de las micelas depende del tensioactivo, pero en su mayoría son globulares, sin embargo, también pueden tener formas elipsoidales, cilíndricas, discoidales, entre otras.