Tensión superficial, cohesión y capilaridad en los líquidos

Efecto de la Temperatura en la Tensión Superficial (TS)

Al aumentar la temperatura de un líquido, se produce una disminución de la tensión superficial (TS) hasta que la temperatura alcanza un valor para el cual la TS del líquido se hace cero. Este punto crítico del líquido, a esa temperatura, no existe distinción entre los estados sólido, líquido y gaseoso.

El aumento de la temperatura implica una mayor agitación térmica de las moléculas; por consiguiente, las fuerzas de cohesión entre ellas son cada vez menores.

Influencia de las Impurezas

La presencia de impurezas altera la TS de un líquido, ya que la superficie de estas las absorbe, es decir, las fija, introduciendo moléculas diferentes a las del propio líquido en la superficie. Esto provoca que las fuerzas de cohesión sufran modificaciones.

Propiedades de Cohesión y Adhesión

Los líquidos poseen propiedades de cohesión debido a la atracción molecular. La cohesión permite al líquido resistir esfuerzos de tracción, mientras que la adhesión permite que se adhiera a otros cuerpos.

Capilaridad y Humectación

• Si las moléculas del líquido tienen mayor adhesión que cohesión entre ellas, el líquido se pega a las paredes, resultando en un aumento de la capilaridad.
• Líquidos que mojan (ejemplo: agua en vaso de vidrio): Fuerzas de adherencia mayores que la cohesión.
• Líquidos que no mojan (ejemplo: mercurio): Fuerza de cohesión mayor que la adherencia.

La altura ($h$) a la cual asciende el nivel del líquido en un capilar está determinada por el balance entre estas fuerzas.

Ley de Laplace y Presión Superficial

La Ley de Laplace dedujo que la diferencia de la presión interna y externa en una superficie esférica de radio $R$ demuestra lo siguiente:

1. La presión interior es mayor que la exterior.
2. La presión se incrementa cuando disminuye el radio.
3. La presión se hace cero cuando la superficie es plana (radio infinito).

Fenómenos de Superficie en Fluidos

Tanto los gases como los líquidos son fluidos. Sin embargo, los líquidos poseen una propiedad de la cual carecen los gases: las superficies libres. Esto se debe a la atracción gravitatoria de la Tierra y a las fuerzas entre las moléculas de los líquidos.

Manifestaciones de la Tensión Superficial

En la superficie de los líquidos actúa una fuerza que no está presente en el interior de los mismos. Ejemplos de estos fenómenos incluyen:

• Insectos capaces de andar por la superficie del agua, como si se apoyasen sobre una membrana.
• Una gota de aceite en una disolución de $\text{H}_2\text{O} + \text{alcohol}$ no se mezcla y mantiene una forma esférica.
• Polvo fino e insoluble en $\text{H}_2\text{O}$ que asciende y sobrenada (proceso biológico relacionado).

Formación y Caída de Gotas

Cuando tenemos un fluido en el interior de una carilla (o borde), si aplicamos fuerza, se irá formando una gota poco a poco. Cuando esta gota tenga cierto peso, se estrangulará y caerá. Esto se produce porque, cuando la gota se está formando, su peso es menor, pero cuando el peso se iguala a la fuerza ejercida por la tensión superficial, se produce la caída.

Relación de Peso y Tensión Superficial

El peso de la gota que cae es proporcional al radio de la varilla y a la tensión superficial ($P_{\text{gota}} \propto r_{\text{varilla}} \cdot TS$).