Ingenierahidrulica:

TENSION SUPERFICIAL

INTRODUCCION Si se detiene a observar un charco de agua estancada notar que en ella ciertos insectos tales como los zancudos, araas caminan sobre el agua.La interaccin de las partculas en la superficie del agua, hace que esta se presente como una superficie elstica, lo que impide que se pueda ingresar al seno del lquidoTal vez se habr preguntado porqu se forman las gotas. Las fuerzas de tensin superficial tienden a minimizar la energa en la superficie del fluido haciendo que estas tengan una tendencia a una forma esfrica.O porqu el mercurio no se dispersa y siempre queda como esferas cuando se derrama o como es que se forman las burbujas de jabn con las que juegan los nios. Todos estos hechos se deben a una propiedad de los lquidos denominada tensin superficial.

TENSION SUPERFICIALLa tensin superficial es el fenmeno en el cual la superficie de un lquido se comporta como una pelcula fina elstica, el lquido tambin presenta resistencia a aumentar su superficie.Se define a la fuerza como:F = LDonde L es la longitud de la superficie a travs de la cual acta la fuerza y es el coeficiente de tensin superficial, que depende fuertemente de la temperatura y de la composicin del lquido

CAUSAS DE LA TENSIN SUPERFICIAL

A nivel microscpico, la tensin superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molcula son diferentes en el interior del lquido y en la superficie. Es decir en el interior del lquido, la molcula est rodeada de otras molculas en todas las direcciones, que producen fuerzas de atraccin, de manera en que la fuerza neta es nula. Esto permite la molcula tenga una energa bastante baja. En cambio cerca de la superficie, la molcula solo est rodeada parcialmente de otras molculas del lquido, de manera que esto provoca una fuerza atractiva neta hacia dentro del lquido as las molculas en la superficie tienen un estado de energa mas alto.

Tambin se podra aclarar que la tensin superficial depende de la naturaleza del lquido, del medio que lo rodea y de la temperatura, los lquidos cuyas molculas tengan fuerzas de atraccin intermoleculares fuertes tendrn tensin superficial elevada.La temperatura influye en la tensin superficial ya que esta disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin trmica, se conoce como fuerzas de cohesin a las fuerzas de atraccin que existe entre dos molcula, de la misma clase. La influencia del medio exterior se debe a que las molculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las molculas situadas en la superficie del lquido, contrarrestando las acciones de las molculas del lquidoCOHESIN Las fuerzas cohesivas entre las molculas dentro de un lquido, estn compartidas con todos los tomos vecinos. Las de la superficie, no tienen tomos por encima y presentan fuerzas atractivas ms fuertes sobre sus vecinas prximas de la superficie. Esta mejora de las fuerzas de atraccin intermoleculares en la superficie, se llama tensin superficial

PROPIEDADES DE LA TENSIN SUPERFICIAL La tensin superficial puede afectar a objetos de mayor tamao impidiendo, por ejemplo, el hundimiento de una flor. > 0, ya que para aumentar el estado del lquido en contacto hace falta llevar ms molculas a la superficie, con lo cual disminuye la energa del sistema depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto que, en general, ser un lquido y un slido. As, la tensin superficial ser diferente por ejemplo para agua en contacto con su vapor, agua en contacto con un gas inerte o agua en contacto con un slido, al cual podr mojar o no debido a las diferencias entre las fuerzas cohesivas (dentro del lquido) y las adhesivas (lquido-superficie).El valor de depende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno del lquido. De esta forma, cuanto mayor sean las fuerzas de cohesin del lquido, mayor ser su tensin superficial. Para un lquido dado, el valor de disminuye con la temperatura, debido al aumento de la agitacin trmica, lo que redunda en una menor intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares.El valor de tiende a cero conforme la temperatura se aproxima a la temperatura crtica T c del compuesto. En este punto, el lquido es indistinguible del vapor, formndose una fase continua donde no existe una superficie definida entre ambos.MEDIDA DE LA TENSION SUPERFICIAL A. Mtodos estticos: la superficie se mantiene con el tiempo

Mtodo del anillo de Noy: Calcula la F necesaria para separar de la superficie del lquido un anillo. F= 4R (siendo R el promedio del radio externo e interno del anillo.

Mtodo del platillo de Wilhelm y: Medida de la F para separar la superficie de una delgada placa de vidrio. Precisin de 0,1%B.Mtodos dinmicos: la superficie se forma o renueva continuamente Tensimetro (Mtodo de presin de burbuja): En un lquido a T cte se introduce un capilar de radio R conectado a un manmetro. Al introducir gas se va formando una burbuja de radio r a medida que aumenta la P en el manmetro. Al crecer r disminuye hasta un mnimo, r=R y despus vuelve a aumentar

VALORES PARA DIFERENTES MATERIALES

EJEMPLOS DE TENSIN SUPERFICIAL Paseo sobre el AguaLos pequeos insectos, tales como el zapatero de agua pueden caminar sobre el agua, porque su peso no es suficiente para penetrar la superficie.

Aguja FlotandoSi se coloca cuidadosamente sobre la superficie, una pequea aguja puede flotar en la superficie del agua a pesar de ser varias veces ms densa que el agua. Si se agita la superficie para romper la tensin superficial, entonces la aguja se hunde rpidamente.

Los Jabones y DetergentesAyudan a la limpieza de la ropa al disminuir la tensin superficial del agua, de modo que sta penetra ms fcilmente en los poros y las superficies manchadas.Lavar con Agua FraLa razn mayor para usar agua caliente, es que su tensin superficial es menor y por tanto un mejor agente de mojado. Pero si el detergente baja la T.S., puede hacer innecesario el calor.DesinfectantesLos desinfectantes son generalmente soluciones de baja tensin superficial. Esto permite que se propaguen a travs de las paredes celulares de las bacterias y eliminar su desarrollo. Un desinfectante, el ST37 tiene un nombre que apunta a su baja tensin superficial en comparacin con los 72 dinas/cm. del aguaLa tensin superficial, proviene de la naturaleza polar de las molculas de agua.Los efectos de la tensin superficial que son de inters del ingeniero son dos:Debido a la tensin superficial la presin dentro de una gota de agua, o de un chorro delgado, es mayor que la exterior:

2. Debido a la tensin superficial, cuando un tubo de pequeo dimetro se sumerge en el agua, 1) el agua moja el tubo porque la adhesin agua - tubo es mayor que la cohesin del agua y 2) el agua asciende una pequea altura (h).A este fenmeno se llama ascenso capilar y tiene lugar en tubos de dimetro reducido y tambin en los suelos.

TENSIN SUPERFICIAL DEL AGUA La tensin superficial del agua es 72 dinas/cm a 25C. Sera necesaria una fuerza de 72 dinas para romper una pelcula de agua de 1 cm. de larga. La tensin superficial del agua, disminuye significativamente con la temperatura, segn se muestra en el grfico.

La tensin superficial, proviene de la naturaleza polar de las molculas de agua.

El agua caliente es un agente de limpieza mejor, porque la menor tensin superficial, la hace mejorar como "agente de mojado", penetrando con ms facilidad en los poros y fisuras. Los detergentes y jabones bajan an ms la tensin superficial.

CONCLUSIONES:

La tensin superficial, es una manifestacin de las fuerzas intermoleculares en los lquidos.Es el trabajo que debe realizarse para llevar molculas en nmero suficiente desde el interior del lquido hasta la superficie.Depende de la naturaleza del lquido, del medio que le rodea y de la temperatura.La tensin superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin trmica.La influencia del medio exterior se debe a que las molculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las molculas situadas en la superficie del lquido, contrarrestando las acciones de las molculas del lquido.

Una consecuencia importante de la elevada tensin superficial del agua es la fragmentacin de la roca ,es decir el agua puede penetrar por los huecos ms profundos de la roca a travs de la rajaduras diminutas .All se congela al tener la temperatura por debajo de cero 0C ,porque el agua al congelarse se expande ,con lo que produce una fuerza interior sobre las paredes de la roca hasta que se quiebra .Este proceso es de importancia esencial porque libera al medio ambiente los minerales all atrapados y contribuye asimismo la formacin del suelo.