Fisica General Burbano

290 ELASTICIDAD. FENÓMENOS MOLÉCULARES EN LOS LÍQUIDOS
Las fuerzas de atracción entre las moléculas de la superficie de un líquido, considerada en
una unidad de longitud, constituyen su constante de TENSIÓN SUPERFICIAL (s).
Fig. XIII-17.– La superficie del líquido
coincide con el plano del papel.
Representamos las fuerzas que causan
la tensión superficial.
Fig. XIII-18.– Experiencia que pone
de manifiesto las fuerzas debidas a la
tensión superficial.
Fig. XIII-19.– Para la medida del coeficiente
de tensión superficial.
VALORES DEL COEFICIENTE DE
TENSIÓN SUPERFICIAL s
LíQUIDO s EN N/m A 20 ºC
Agua 73 × 10 –3
Octano 22 × 10 –3
Etanol 23 × 10 –3
Ácido acético 28 × 10 –3
Glicerina 65 × 10 –3
Mercurio 540 × 10 –3
Benceno 29 × 10 –3
Éter 17 × 10 –3
Si se consiguen desequilibrar las acciones de la tensión superficial, se pone ésta de manifiesto
claramente, lo que se logra poniendo un borde a la superficie del líquido, ocurriendo lo mismo
que para una membrana elástica, la tensión se manifiesta al hacerle un corte.
Estas fuerzas se observan claramente en la experiencia que se describe a continuación: si colocamos
un bucle formado por un hilo sobre una membrana jabonosa (Fig. XIII-18), tomará una
forma cualquiera. Si pinchamos en su interior adopta una forma perfectamente circular, pues al
eliminar la membrana jabonosa correspondiente a la parte interior del bucle, la tensión superficial
tira de cada uno de sus puntos con la misma intensidad, en la dirección de los radios.
Una forma de medir la tensión superficial consiste en introducir en un líquido (por ejemplo
agua jabonosa) un rectángulo de alambre, uno de cuyos lados es móvil, se forma una membrana,
en cuyos puntos las acciones superficiales estarán anuladas por la simetría de las fuerzas, excepto
en el contacto de la membrana con el alambre, pues las fuerzas estarán distribuidas en un semicírculo
y darán, en cada punto, una resultante perpendicular al alambre y hacia el interior
(Fig. XIII-19). El conjunto de fuerzas, actuando sobre el lado móvil (sin rozamiento con las guías),
hacen que éste retroceda; para evitarlo se coloca un pequeño peso P, pendiente de una poleita.
La tensión actúa sobre cada centímetro del lado AB; sobre los l centímetros de su longitud, la fuerza
es sl. Pero considerando la existencia de dos superficies libres, superior e inferior, la fuerza es:
De esta forma se puede medir la tensión superficial, que en el SI se expresa en N/m.
La inmovilidad de los lados fijos del rectángulo de la figura nos indica la existencia de fuerzas
de reacción iguales y contrarias a las de la tensión superficial, ya que si no existiesen estas fuerzas
se realizaría una contracción de la superficie.
Las fuerzas intermoleculares dependen de la temperatura disminuyendo con ella, por lo que le
sucederá lo mismo al coeficiente de tensión superficial.
Es evidente que el coeficiente de tensión superficial dependerá además del material que se encuentre
por encima de la superficie, pero el efecto es, en general, pequeño si éste último es un gas
diluido (por ejemplo aire a 1 atm de presión). Debido a este efecto las tensiones superficiales se especifican
para la frontera entre dos materiales; si el segundo material no se menciona de forma
explícita, se supone que se trata de aire a la presión atmosférica, como ocurre en los valores dados
en las tablas al margen.
La existencia de las fuerzas de tensión superficial nos dan la explicación a la formación de espuma
en la superficie de los líquidos, puesto que al agitarlo e introducir aire en su interior, al pretender
salir del líquido en forma de burbuja, no puede romper la membrana superficial permaneciendo
bajo la superficie del líquido; un gran número de estas burbujas forman la espuma.
XIII – 11. Energía superficial
Mg
2 sl
= Mg ⇒ s =
2 l
Al pretender aumentar la superficie de un líquido tenemos que llevar moléculas del interior a la
capa superficial, para lo cual necesitamos vencer las fuerzas que originan la presión molecular y,
por lo tanto, realizar un trabajo que quedará almacenado en dicha región en forma de energía potencial
y, en consecuencia, la energía de las moléculas de la capa superficial será diferente que las
del interior del líquido.
Llamamos ENERGÍA SUPERFICIAL a la diferencia de energía que existe entre las moléculas pertenecientes
a la película superficial y las que tendrían éstas moléculas de hallarse en el interior
del líquido.
Es evidente que la energía superficial es proporcional al área A de la superficie del líquido, de
forma muy sencilla y basándonos en la experiencia de la Fig. XIII-19, podemos encontrar la relación
entre ellas; para lo cual, suponemos que el pesito P hace recorrer al lado móvil del rectángulo
un camino dl′, el trabajo realizado contra las fuerzas de tensión superficial, será:
dW = 2 sl dl′ = sd A
ya que 2l dl′ es el aumento dA que ha experimentado el área de la membrana (l dl′ aumento de
la superficie de cada cara). Por tanto:
s = dW
dA
y podremos definir la CONSTANTE DE TENSIÓN SUPERFICIAL como el trabajo necesario para aumentar
la superficie de un líquido en una unidad.
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