TENSIÓN SUPERFICIAL Y CAPILARIDAD

Definición de tensión superficial:

En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de

energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta

definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su

superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero,

desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial

(una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a

las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran

en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como efecto tiene la

elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto

con un sólido.

Otra posible definición de tensión superficial: es la fuerza que actúa

tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre

de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie. Las

fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido son las responsables del

fenómeno conocido como tensión superficial

Tensión superficial: una aguja de acero sobre un líquido.

La tensión superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molécula

son diferentes en el interior del líquido y en la superficie. Así, en el seno de

un líquido cada molécula está sometida a fuerzas de atracción que en

promedio se anulan. Esto permite que la molécula tenga una energía

bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el

interior del líquido. Rigurosamente, si en el exterior del líquido se tiene un

gas, existirá una mínima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la

realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia de

densidades entre el líquido y gas.

Definición de capilaridad:

La capilaridad es un proceso de los fluidos que depende de su tensión

superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le

confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar. Cuando un líquido

sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o

cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor que la adhesión del

líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja. El líquido

sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso

del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y esta propiedad es la

que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar

energía para vencer la gravedad.

Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más

potente que la adhesión al capilar, como el caso del mercurio, la tensión

superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es

convexa.

Ley de Jurin

La ley de Jurin define la altura que se alcanza cuando se equilibra el peso de

la columna de líquido y la fuerza de ascensión por capilaridad. La

altura h en metros de una columna líquida está dada por la ecuación:

donde:

 = tensión superficial interfacial (N/m)

θ = ángulo de contacto

ρ = densidad del líquido (kg/m³)

g = aceleración debida a la gravedad (m/s²)

r = radio del tubo (m)

Para un tubo de vidrio en el aire a nivel del

mar y lleno de agua,

 = 0,0728 N/m a 20 °C

θ = 0°

ρ = 1000 kg/m³

g = 9,80665 m/s²

entonces, la altura de la columna de agua, en metros, será:

.

Por ejemplo, en un tubo de 1 mm de radio, el agua ascenderá por

capilaridad unos 14 mm.

PRESIÓN DE VAPOR

Definición:

La presión de vapor es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o

un líquido sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la

que la fase líquida y el vapor se encuentra en equilibrio dinámico; su valor

es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras

existan ambas. Este fenómeno también lo presentan los sólidos; cuando un

sólido pasa al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido (proceso

denominado sublimación o el proceso opuesto llamado sublimación inversa)

también hablamos de presión de vapor. En la situación de equilibrio, las

fases reciben la denominación de líquido saturado y vapor saturado. Esta

propiedad posee una relación inversamente proporcional con las fuerzas de

atracción intermoleculares, debido a que cuanto mayor sea el módulo de las

Efectos de la capilaridad

mismas, mayor deberá ser la cantidad de energía entregada (ya sea en

forma de calor u otra manifestación) para vencerlas y producir el cambio de

estado.

Imaginemos una burbuja de cristal en la que se ha realizado el vacío y que

se mantiene a una temperatura constante; si introducimos una cierta

cantidad de líquido en su interior éste se evaporará rápidamente al principio

hasta que se alcance el equilibrio entre ambas fases.

Inicialmente sólo se produce la evaporación ya que no hay vapor; sin

embargo a medida que la cantidad de vapor aumenta y por tanto la presión

en el interior de la ampolla, se va incrementando también la velocidad de

condensación, hasta que transcurrido un cierto tiempo ambas velocidades

se igualan. Llegados a este punto se habrá alcanzado la presión máxima

posible en la ampolla (presión de vapor o de saturación) que no podrá

superarse salvo que se incremente la temperatura.

El equilibrio dinámico se alcanzará más rápidamente cuanto mayor sea la

superficie de contacto entre el líquido y el vapor, pues así se favorece la

evaporación del líquido; del mismo modo que un charco de agua extenso

pero de poca profundidad se seca más rápido que uno más pequeño pero de

mayor profundidad que contenga igual cantidad de agua. Sin embargo, el

equilibrio se alcanza en ambos casos para igual presión.

El factor más importante que determina el valor de la presión de saturación

es la propia naturaleza del líquido, encontrándose que en general entre

líquidos de naturaleza similar, la presión de vapor a una temperatura dada

es tanto menor cuanto mayor es el peso molecular del líquido.

Por ejemplo, el aire al nivel del mar saturado con vapor de agua a 20ºC,

tiene una presión parcial de 23 mbar de agua y alrededor de 780 mbar de

nitrógeno, 210 mbar de oxígeno y 9 mbar de argón.

BIBIOGRAFIA

REID, Robert C y SHERWOOD, Thomas K. Propiedades de los gases y líquidos. Unión tipográfica editorial hispano-americana. México.1968.

CASTELLAN, Gilbert W., Fisicoquímica, Fenómenos superficiales. Editorial Pearson, pág. 433, tema 18.

VALIENTE, Antonio; Manual del Ingeniero Químico; Editorial Limusa. España.1993.