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La tensión superficial es la energía que se necesita para aumentar la superficie de un líquido por unidad de área. Debido a que estas fuerzas varían en función de la naturaleza del líquido (por ejemplo, el agua frente a la gasolina) o de los solutos que contiene (por ejemplo sustancias tensioactivos como el detergente), cada solución presenta valores de tensión superficial diferentes.
Veamos un ejemplo: cada vez que se llena un vaso de agua casi a rebosar, puede observarse que el nivel del agua en el vaso es en realidad más alto que la altura del vaso. También se puede ver que el agua que se ha derramado ha formado charcos que se elevan sobre la superficie. Los dos fenómenos descritos se deben a la tensión superficial.
De forma más intuitiva, la tensión superficial es la tendencia de un líquido a ocupar la menor cantidad de superficie posible. Esta tendencia es el factor clave en la acción capilar o movimiento capilar. La acción capilar es consecuencia de las fuerzas de cohesión entre las moléculas, es decir a la tendencia las moléculas a permanecer juntas y a adherirse unas a otras.
Fuerzas de cohesión y fuerzas de adhesión
Las fuerzas de cohesión y las fuerzas de adhesión están muy reacionadas con la tensión superficial. Estas fuerzas aparecen cuando las sustancias tienen masa, es decir, son propiedades macroscópicas, por lo que no entran en juego al tener en cuenta átomos o moléculas individuales.
- Fuerzas de cohesión. Son las fuerzas que mantienen unidas a las moléculas. Si las fuerzas de cohesión son intensas, un líquido tendrá tendencia a formar gotas en una superficie.
- Fuerzas de adhesión. Son las fuerzas que se ejercen entre las moléculas del líquido y una superficie. Si las fuerzas de adhesión son intensas, un líquido tendrá tendencia a extenderse por una superficie.
Así, si las fuerzas de cohesión son más intensas que las de adhesión, el líquido mantendrá su forma, pero si ocurre lo contrario, el líquido se extenderá, aumentando así su superficie. Cualquier sustancia que se añada a un líquido y que aumente su superficie se denomina agente humectante.
Los agentes humectantes son sustancias que reducen la tensión superficial de un líiquido y provoca que se esparza en forma de gotas gotas sobre una superficie, aumentando la capacidad de dispersión de dicho líquido.
Perspectiva molecular
En una muestra de agua hay dos tipos de moléculas: las que están en la zona exterior de la muestra (moléculas exteriores) y las que están en el interior (moléculas interiores). Las moléculas interiores son atraídas por todas las moléculas que las rodean, mientras que las moléculas exteriores sólo son atraídas por otras moléculas de la superficie y por aquellas que estén por debajo de ellas. Esto hace que el estado energético de las moléculas interiores sea menos intenso que el de las moléculas del exterior. Por ello, las moléculas mantienen una superficie mínima, lo que permite que más moléculas tengan un estado energético más bajo. Este fenómeno es consecuencia de la tensión superficial, y una de las mejores formas de comprobar su existencia.
Las moléculas de agua se atraen entre sí debido a la propiedad polar del agua. Los extremos de hidrógeno son positivos, mientras que los extremos de oxígeno son negativos, y se unen unos a otros, oxígenos negativos con hidrógenos positivos. Para romper estos enlaces intermoleculares se necesita cierta cantidad de energía, que es precisamente la tensión superficial. Lo mismo ocurre con otros líquidos, incluso con los que son hidrofóbicos, como el aceite. Hay fuerzas otras que actúan en el líquido como las fuerzas de Van der Waals, que se ejercen entre las moléculas del líquido.
Continuando con el ejemplo del agua, su tensión superficial es muy alta. de hecho, la tensión superficial del agua puede hacer que floten en ella materiales incluso más densos que la propia agua. Gracias a su tensión superficial, ciertos organismos pueden literalmente caminar por encima del agua. Un ejemplo es el zancudo del agua o zapatero, que puede correr por su superficie debido a las fuerzas intermoleculares de las moléculas del agua y a que el peso del zancudo se distribuye entre sus patas. La tensión superficial también permite la formación de gotas que vemos constantemente en la naturaleza.
Otros ejemplos de tensión superficial
Una bebida alcohólica forma pequeños surcos en el vaso debido a la interacción entre los diferentes valores de tensión superficial del etanol y del agua, y a la evaporación más rápida del alcohol en comparación con el agua.
El aceite y el agua se separan debido a que la tensión superficial de estos líquidos es diferente. En este caso, el término es «tensión de interfaz», pero es simplemente un tipo de tensión superficial entre dos líquidos.
