TENSIÓ SUPERFICIAL: CAUSES, EXEMPLES, APLICACIONS I EXPERIMENTS - QUIMICA - 2026

La tensió superficial és una propietat física que presenten tots els líquids i es caracteritza per la resistència que les seves superfícies s'oposen a qualsevol augment de la seva àrea. Això és el mateix que dir que aquesta superfície buscarà la menor àrea possible. Aquest fenomen entrellaça diversos conceptes químics, com ho són les forces de cohesió, adhesió i intermoleculars.

La tensió superficial és responsable de la formació de les curvatures de la superfície dels líquids en recipients tubulars (cilindres graduats, columnes, tubs d'assaig, etc.). Aquests poden ser còncaus (corbats en forma de vall) o convexos (corbats en forma de dom). Molts fenòmens físics poden explicar considerant els canvis que pateix la tensió superficial d'un líquid.

Les formes esfèriques que adopten les gotes d'aigua sobre les fulles es deuen en part a la seva tensió superficial. Font: photo taken by flickr user tanakawho

Un d'aquests fenòmens és la tendència que tenen les molècules dels líquids en aglomerar en forma de gotes, quan descansen sobre superfícies que els repel·leixen. Per exemple, les gotes d'aigua que veiem sobre de les fulles, no poden mullar causa de la seva superfície cerosa, hidrofòbica.

No obstant això, arriba un moment en què la gravetat exerceix el seu paper i la gota es vessa com una columna d'aigua. Fenomen similar es presenta a les gotes esfèriques de mercuri quan es vessa d'un termòmetre.

D'altra banda, la tensió superficial de l'aigua és la més important de totes, ja que contribueix i organitza l'estat dels cossos microscòpics en mitjans aquosos, com ara les cèl·lules i les seves membranes lipídiques. A més, aquesta tensió es responsabilitza que l'aigua s'evapori amb lentitud, i alguns cossos més densos que ella puguin surar sobre la seva superfície.

Causes de la tensió superficial

L'explicació d'el fenomen de la tensió superficial es trobi en el nivell molecular. Les molècules d'un líquid interaccionen unes amb les altres, de tal manera que estan cohesionades en els seus erràtics moviments. Una molècula interactua amb els seus veïns de al costat i amb els que estan a dalt o sota d'ella.

No obstant això, això no succeeix igual amb les molècules de la superfície de el líquid, les quals estan en contacte amb l'aire (o qualsevol altre gas), o amb un sòlid. Les molècules de la superfície no poden cohesionar amb les de l'medi extern.

Com a resultat, no experimenten cap força que les atregui cap amunt; només cap avall, de les seves veïnes de l'medi líquid. Per contrarestar aquest desequilibri, les molècules de la superfície es "s'amunteguen", ja que només així aconsegueixen vèncer la força que les empenyen cap avall.

Es crea llavors una superfície on les molècules estan en una disposició més tensa. Si una partícula vol penetrar el líquid, primer ha de travessar aquesta barrera molecular proporcional a la tensió superficial de l'esmentat líquid. El mateix aplica per a una partícula que vulgui escapar a el medi extern des de les profunditats de el líquid.

Per tant, la seva superfície es comporta com si fos una pel·lícula elàstica que mostra resistència a deformar-se.

unitats

La tensió superficial usualment es representa amb el símbol γ, i ve expressada en unitats N / m, força per longitud. No obstant això, la majoria de les vegades la seva unitat és el din / cm. Una es pot convertir en l'altra mitjançant el següent factor de conversió:

1 din / cm = 0,001 N / m

Tensió superficial de l'aigua

L'aigua és el més rar i sorprenent de tots els líquids. La seva tensió superficial, així com diverses de les seves propietats, presenten un valor inusualment alt: 72 din / cm a temperatura ambient. Aquest valor pot augmentar a 75,64 din / cm, a una temperatura de 0 ºC; o disminuir a 58,85 ºC, a una temperatura de 100 ºC.

Aquestes observacions tenen sentit si es considera que la barrera molecular es tensa encara més a temperatures properes a del punt de congelació, o es "arronsa" una mica més rondant el punt d'ebullició.

L'aigua presenta una gran tensió superficial arran de les seves ponts d'hidrogen. Si aquests de per si són notoris en el si de el líquid, ho són encara més en la superfície. Les molècules d'aigua s'entrellacen fortament formant interaccions dipol-dipol de l'tipus H ₂ O-HOH.

Les molècules d'aigua s'atrauen les unes a les altres; estan unides per ponts d'hidrogen

És tal l'eficiència de les seves interaccions, que la barrera molecular aquosa pot fins i tot sostenir alguns cossos abans que s'enfonsin. En els apartats d'aplicacions i experiments es reprendrà aquest punt.

altres exemples

Tots els líquids presenten tensions superficials, ja sigui en menor o major grau a el de l'aigua, o si es tracten de substàncies pures o solucions. Què tan forts i tenses siguin les barreres moleculars de les seves superficials, dependrà directament de les seves interaccions intermoleculars, a més de factors estructurals i energètics.

gasos condensats

Per exemple, les molècules dels gasos en estat líquid només interaccionen entre si mitjançant forces dispersives de London. Això concorda amb el fet que els seus tensions superficials tinguin valors baixos:

-Helio líquid, 0,37 din / cm a -273 ºC

-Nitrogen líquid, 8,85 din / cm a -196 ºC

-Oxígeno líquid, 13,2 din / cm a -182 ºC

La tensió superficial de l'oxigen líquid és més gran que la de l'heli perquè les seves molècules tenen major massa.

líquids apolars

Dels líquids apolars i orgànics s'espera que tinguin tensions superficials més elevades que la d'aquests gasos condensats. Entre alguns d'ells tenim els següents:

-Dietileter, 17 din / cm a 20 ºC

- n -Hexano, 18,40 din / cm a 20 ºC

- n -Octano, 21,80 din / cm a 20 ºC

-Tolueno, 27,73 din / cm a 25 ° C

Una tendència similar s'observa per aquests líquids: la tensió superficial s'incrementa a mesura que augmenta les seves masses moleculars. No obstant això, el núm -octano deuria, segons això, tenir la major tensió superficial i no el toluè. Aquí entra en joc les estructures i geometries moleculars.

Les molècules de toluè, planes i anillares, tenen interaccions més efectives que les de l'n -octano. Per tant, la superfície de l'toluè és "més tensa" que la superfície de l'n -octano.

líquids polars

A l'haver interaccions dipol-dipol més fortes entre les molècules d'un líquid polar, la seva tendència és el de mostrar majors tensions superficials. Però no sempre és el cas. Entre alguns exemples tenim:

-Àcid acètic, 27,60 din / cm a 20 ºC

-Acetona, 23,70 din / cm a 20 ºC

-Sang, 55,89 din / cm a 22ºC

-Etanol, 22,27 din / cm a 20 ºC

-Glicerol, 63 din / cm a 20 ºC

-Cloruro de sodi fos, 163 din / cm a 650 ºC

-Solució de NaCl 6 M, 82,55 din / cm a 20 ºC

El clorur de sodi fos és d'esperar-se que tingui una tensió superficial enorme: és un líquid viscós i iònic.

D'altra banda, el mercuri és un dels líquids de més tensió superficial: 487 din / cm. En ell, la seva superfície està composta per àtoms de mercuri fortament cohesionats, molt més del que poden estar-ho les molècules d'aigua.

aplicacions

Alguns insectes se serveixen de la tensió superficial de l'aigua per poder caminar sobre ella. Font: Pixabay.

La tensió superficial per si sola no té aplicacions. No obstant això, això no vol dir que no estigui implicada en diversos fenòmens diaris, que de no existir, no ocorrerien.

Per exemple, els xanquers i altres insectes són capaços de caminar per l'aigua. Això es deu al fet que les seves potes hidrofòbiques repel·leixen l'aigua, a el mateix temps que la seva poca massa els permet mantenir-se sobre la barrera molecular sense que caiguin a el fons del riu, llac, estany, etc.

La tensió superficial també compleix un paper en la mullabilitat dels líquids. Mentre més gran sigui la seva tensió superficial, menor serà la seva tendència a filtrar-se pels porus o escletxes d'un material. A més d'això, resulten líquids poc útils per netejar superfícies.

detergents

És aquí on els detergents actuen, disminuint la tensió superficial de l'aigua, i ajudant-la a cobrir majors superfícies; alhora que millora la seva acció desgreixant. A l'disminuir la seva tensió superficial dóna cabuda a molècules d'aire, amb les quals forma bombolles.

emulsions

D'altra banda, tensions superiors baixes es vinculen amb l'estabilització de les emulsions, importantíssimes en la formulació de diferent gamma de productes.

experiments senzills

Clip de metall flotant a causa de la tensió superficial de l'aigua. Font: Alvesgaspar

Per finalitzar es citaran alguns experiments que poden realitzar-se en qualsevol espai domèstic.

Experiment amb clip

En un got amb aigua freda es col·loca sobre la seva superfície un clip metàl·lic. Tal com s'observa en la imatge superior, el clip romandrà a flotació gràcies a la tensió superficial de l'aigua. Però si se li afegeix a l'got una mica de lava pisa, la tensió superficial disminuirà dràsticament i el clip s'enfonsarà de sobte.

Vaixell de paper

Si a la superfície tenim un vaixell de paper o una paleta de fusta, i si la renta pisa o el detergent s'afegeix al cap d'un hisop, llavors passarà un fenomen interessant: hi haurà una repulsió que els propagaran cap a les vores del vas. El vaixell de paper i la paleta de fusta es mouran allunyant-se de l'hisop untat amb detergent.

Un altre experiment similar i més gràfic consisteix a repetir la mateixa operació, però en una galleda d'aigua ruixat amb pebre negre. Les partícules de pebre negre s'allunyaran i la superfície passarà d'estar coberta de pebre a ser cristal·lina, amb el pebre a les vores.

referències

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
2. Wikipedia. (2020). Surface tension. Recuperat de: en.wikipedia.org
3. USGS. (Sf). Surface Tension and Water. Recuperat de: usgs.gov
4. Jones, Andrew Zimmerman. (12 de febrer de 2020). Surface Tension - Definition and Experiments. Recuperat de: thoughtco.com
5. Susanna Lauren. (15 de novembre del 2017). Why is surface tensió important? Biolin Scientific. Recuperat de: blog.biolinscientific.com
6. Rookie Parenting Science. (7 novembre 2019). What Is Surface Tension - Cool Science Experiment. Recuperat de: rookieparenting.com
7. Jessica Munk. (2020). Surface Tension Experiments. Study. Recuperat de: study.com
8. The Kid Should See This. (2020). Seven surface tensió experiments - Physics Girl. Recuperat de: thekidshouldseethis.com