Fundamentos de la Tensión Superficial y Aplicación de la Ley de Tate

Concepto de Tensión Superficial

Tensión superficial: Las fuerzas atractivas que existen entre las moléculas de la superficie de un líquido, por unidad de longitud, es lo que se denomina tensión superficial.

Una molécula en la superficie de un líquido estará sometida a las atracciones del propio líquido que actúan en una semiesfera de acción, con una resultante vertical y hacia abajo R, y una serie de fuerzas superficiales f que se compensan.

Debido a la tensión, que se representa por σ (sigma), la superficie de los líquidos se presenta como si fuera una membrana elástica resistente a la ruptura.

Equilibrio de Fuerzas Moleculares

Si suponemos una molécula en el seno de un líquido, esta sufre una acción simultánea y regular de todas las moléculas que la rodean, estando, por tanto, en equilibrio. Si la suponemos muy próxima a la superficie, estas fuerzas no se compensan y dan una resultante dirigida hacia el seno del líquido, que es máxima cuando la molécula está en la superficie.

Según esto, si queremos llevar una molécula desde el seno del líquido hasta su superficie, tendremos que vencer esa fuerza resultante, realizando un trabajo. Este trabajo se almacenará en la superficie del líquido en forma de energía potencial.

La tensión superficial se opone al aumento de la superficie de un líquido.

La Ley de Tate y la Formación de Gotas

Ley de Tate: Consideremos un cuentagotas; mediante la compresión del capuchón de goma, se consigue que por el extremo estrecho vaya saliendo, en forma de gotas, el líquido contenido en el tubo. El equilibrio de todas las fuerzas que actúan sobre la gota desaparece en el momento que esta se rompe y cae verticalmente por la acción de la gravedad. Vamos a establecer la igualdad de fuerzas que existe en el momento que cae la gota.

Cálculo de la Tensión Superficial

Al salir la gota por un orificio, las fuerzas de tensión superficial tienden a oponerse a la salida. La gota queda en equilibrio cuando se cumpla que su peso iguale a las fuerzas de tensión superficial (fórmula).

Según la Ley de Tate:

"El peso de una gota que sale por el extremo de un tubo es directamente proporcional al radio de esta".

Podemos, de esta manera, conociendo el peso de la gota de un líquido, determinar el valor de σ (sigma).