Fisica General Burbano

FENÓMENOS MOLECULARES EN LOS LÍQUIDOS 289
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mos a las que se encuentran a la distancia r 0
) a distancias r > r 0
interaccionando entre sí por las
fuerzas de atracción que llamamos de COHESIÓN, por cuyo efecto permanecen unidas para el caso
de sólidos y líquidos.
En consecuencia, una molécula cualquiera en el interior de un líquido en reposo atrae, y a su
vez es atraída por todas las moléculas que la rodean, acciones que se manifiestan en un espacio
llamado campo de fuerzas. Si dentro de este campo hay homogeneidad, las acciones iguales en
todas las direcciones y sentidos se equilibran (Fig. XIII-16, molécula A).
Pero las fuerzas de cohesión disminuyen rápidamente al aumentar la distancia y, prácticamente,
solo se tendrán en cuenta las acciones de aquellas moléculas que se encuentran lo suficientemente
próximas a ella; definiendo:
El RADIO DE ACCIÓN MOLECULAR (R) es la distancia en la cual son sensibles las fuerzas de cohesión,
y a la esfera de radio R la llamamos ESFERA DE ACCIÓN MOLECULAR.
Dentro de la esfera de acción molecular trazada alrededor de una molécula cualquiera A en el
interior de un líquido en reposo, hay un gran número de moléculas, las fuerzas debidas a ellas sobre
la A están dirigidas en los distintos sentidos y en promedio se compensan y, por tanto, la fuerza
resultante sobre ella es nula.
Si la homogeneidad material no existe en el campo de fuerzas, la homogeneidad en la cohesión
tampoco existe, originándose la serie de fenómenos que a continuación se describen.
XIII – 9. Presión molecular
Supongamos que sobre la superficie libre de un líquido, que también hace de superficie de separación
entre dos medios, existe un gas muy expansionado y las acciones moleculares de éste sobre
las del líquido son despreciables por su pequeña concentración.
En estas condiciones, sobre la molécula B (Fig. XIII-16) que se encuentra separada de la superficie
libre del líquido una distancia menor que el radio de acción molecular, también sobre la C
perteneciente a tal superficie, actúan un número diferente de moléculas por cada lado (en la Fig.
XIII-16 no están compensadas las acciones de las moléculas con sombreado más intenso), y en
consecuencia las fuerzas que ejercen sobre B o C no se compensan entre sí, dando lugar a una
fuerza resultante F dirigida hacia el interior del líquido y perpendicular a su superficie libre.
En consecuencia: sobre toda la capa próxima a la superficie libre del líquido en equilibrio y
que tiene un espesor igual al radio de acción molecular, actúan fuerzas normales a ella y hacia el
interior del líquido, luego:
La capa superficial de un líquido en equilibrio, ejerce sobre el resto del líquido una presión
que llamamos PRESIÓN MOLECULAR.
Esta presión existe independientemente de las causadas por las fuerzas exteriores, por ejemplo:
la presión hidrostática debida a las fuerzas de gravitación.
Las fuerzas causantes de la presión molecular, hacen que las moléculas del líquido se aproximen,
compensándose en el equilibrio por las fuerzas de repulsión que aparecen por este acercamiento.
Debido a que las fuerzas de atracción molecular en la capa superficial de un líquido están dirigidas
hacia su interior, existe la tendencia de las gotas de líquido a adquirir forma esférica; las fuerzas
gravitacionales se oponen a esa tendencia pero, para las gotas pequeñas estas fuerzas influyen
poco y la forma de las gotas es casi esférica. Si sobre el líquido no actúa ninguna fuerza externa, la
posición de equilibrio de su superficie será aquella en que las fuerzas causantes de la presión molecular
sean normales a ella, adoptando la forma esférica. Así por ejemplo, una gota de agua en
caída libre (téngase en cuenta que sus moléculas están en ingravidez y en equilibrio relativo), toma
la forma esférica; en una disolución de alcohol en agua con una proporción tal que adquiera una
densidad igual a la de un determinado aceite no miscible con la disolución, al ser introducido en
ella, la acción gravitatoria sobre el aceite queda compensada con el empuje de Arquímedes y flotará
en el interior de la mezcla adaptando forma esférica.
XIII – 10. Fenómeno de superficie: tensión superficial
Para comprender y cuantificar los fenómenos de superficie en líquidos, los comparamos con
un símil mecánico que consiste en identificar una membrana elástica estirada y en equilibrio con la
película superficial del líquido, también resistente a la ruptura y, así por ejemplo, se observa cómo
partículas más densas que el agua (polvo, insectos y aun un alfiler colocado cuidadosamente) flotan
en su superficie. Esta analogía deja de corresponderse al estirar la membrana, por cuyo efecto
la tensión aumenta, en cambio la fuerza de tensión superficial permanece constante con el aumento
de superficie del líquido.
Consideremos una molécula C (Fig. XIII-16), en la superficie del líquido. Estará sometida a las
atracciones del propio líquido, que actúan en una semiesfera de acción produciendo una resultante
vertical y hacia abajo F, y una serie de fuerzas superficiales f cuyas acciones se compensan
(Fig. XIII-17).
Fig. XIII-16.– Fenómenos moleculares
en los líquidos.