Tensión superficial

Para ver la historia corta de James Blish, consulte Surface Tension (historia corta) .

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Tendencia de una superficie líquida a encogerse para reducir el área de la superficie.

Reproducir medios

La tensión superficial y la hidrofobicidad interactúan en este intento de cortar una gota de agua .

Reproducir medios

Demostración experimental de tensión superficial con jabón

Flujo de agua de lluvia desde un dosel. Entre las fuerzas que gobiernan la formación de gotas: tensión superficial, cohesión , fuerza de Van der Waals , inestabilidad Plateau-Rayleigh .

Parte de una serie sobre
Mecánica de Medios Continuos
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Reología Viscoelasticidad Reometría Reómetro Fluidos inteligentes Electrorreológico Magnetorreológico Ferrofluidos
Científicos Bernoulli Boyle Cauchy Charles Euler Gay-Lussac Hooke Newton Navier Noll Pascal Stokes Truesdell
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La tensión superficial es la tendencia de las superficies líquidas a contraerse en el área superficial mínima posible. La tensión superficial es lo que permite que objetos más pesados ​​que el agua, es decir, más densos que el agua, como hojas de afeitar, insectos (p. Ej ., Zancudos de agua ), floten y se deslicen sobre una superficie de agua sin sumergirse ni siquiera parcialmente.

En las interfaces líquido-aire, la tensión superficial resulta de la mayor atracción de las moléculas líquidas entre sí (debido a la cohesión ) que a las moléculas en el aire (debido a la adhesión ). ^{[ cita requerida ]}

Hay dos mecanismos principales en juego. Uno es una fuerza hacia adentro sobre las moléculas de la superficie que hace que el líquido se contraiga. ^{[1] [2] La} segunda es una fuerza tangencial paralela a la superficie del líquido. ^[2] Esta fuerza tangencial (por unidad de longitud) se conoce generalmente como tensión superficial. El efecto neto es que el líquido se comporta como si su superficie estuviera cubierta por una membrana elástica estirada. Pero esta analogía no debe llevarse demasiado lejos ya que la tensión en una membrana elástica depende de la cantidad de deformación de la membrana, mientras que la tensión superficial es una propiedad inherente de la interfaz líquido - aire o líquido - vapor. ^[3]

Debido a la atracción relativamente alta de las moléculas de agua entre sí a través de una red de enlaces de hidrógeno , el agua tiene una tensión superficial más alta (72,8 milinewtons (mN) por metro a 20 ° C) que la mayoría de los otros líquidos. La tensión superficial es un factor importante en el fenómeno de capilaridad .

La tensión superficial tiene la dimensión de fuerza por unidad de longitud o de energía por unidad de área . ^[3] Los dos son equivalentes, pero cuando se hace referencia a la energía por unidad de área, es común utilizar el término energía superficial , que es un término más general en el sentido de que se aplica también a los sólidos .

En la ciencia de los materiales , la tensión superficial se utiliza para la tensión superficial o para la energía superficial .

Causas

Diagrama de las fuerzas cohesivas sobre las moléculas de un líquido.

Debido a las fuerzas cohesivas, una molécula es empujada por igual en todas direcciones por moléculas de líquido vecinas, lo que resulta en una fuerza neta de cero. Las moléculas de la superficie no tienen las mismas moléculas en todos sus lados y, por lo tanto, son atraídas hacia adentro. Esto crea algo de presión interna y fuerza a las superficies líquidas a contraerse al área mínima. ^[1]

También hay una tensión paralela a la superficie en la interfaz líquido-aire que resistirá una fuerza externa, debido a la naturaleza cohesiva de las moléculas de agua. ^{[1] [2]}

Las fuerzas de atracción que actúan entre moléculas del mismo tipo se denominan fuerzas cohesivas, mientras que las que actúan entre moléculas de diferentes tipos se denominan fuerzas adhesivas. El equilibrio entre la cohesión del líquido y su adhesión al material del recipiente determina el grado de humectación , el ángulo de contacto y la forma del menisco . Cuando domina la cohesión (específicamente, la energía de adhesión es menos de la mitad de la energía de cohesión), la humectación es baja y el menisco es convexo en una pared vertical (como el mercurio en un recipiente de vidrio). Por otro lado, cuando domina la adhesión (energía de adhesión más de la mitad de la energía de cohesión), la humectación es alta y el menisco similar es cóncavo (como en el agua en un vaso).

La tensión superficial es responsable de la forma de las gotas de líquido. Aunque se deforman fácilmente, las gotas de agua tienden a adoptar una forma esférica debido al desequilibrio de las fuerzas cohesivas de la capa superficial. En ausencia de otras fuerzas, las gotas de prácticamente todos los líquidos serían aproximadamente esféricas. La forma esférica minimiza la "tensión de pared" necesaria de la capa superficial según la ley de Laplace .

Gota de agua sobre un damasco . La tensión superficial es lo suficientemente alta como para evitar que flote debajo del tejido.

Otra forma de ver la tensión superficial es en términos de energía. Una molécula en contacto con un vecino se encuentra en un estado de energía más bajo que si estuviera sola. Las moléculas interiores tienen tantos vecinos como sea posible, pero a las moléculas de contorno les faltan vecinos (en comparación con las moléculas interiores) y, por lo tanto, tienen una energía más alta. Para que el líquido minimice su estado energético, se debe minimizar el número de moléculas límite de energía más alta. El número mínimo de moléculas de contorno da como resultado un área superficial mínima. ^[4] Como resultado de la minimización del área de superficie, una superficie asumirá la forma más suave posible (la prueba matemática de que las formas "suaves" minimizan el área de superficie se basa en el uso de la ecuación de Euler-Lagrange). Dado que cualquier curvatura en la forma de la superficie da como resultado un área más grande, también resultará una energía más alta.

Efectos de la tensión superficial

Agua

Se pueden observar varios efectos de la tensión superficial con agua corriente:

1. Gotas de agua de lluvia sobre una superficie cerosa, como una hoja. El agua se adhiere débilmente a la cera y fuertemente a sí misma, por lo que el agua se agrupa en gotas. La tensión superficial les da su forma casi esférica, porque una esfera tiene la menor proporción posible de superficie a volumen .
2. La formación de gotas ocurre cuando se estira una masa de líquido. La animación (abajo) muestra que el agua se adhiere al grifo ganando masa hasta que se estira hasta un punto donde la tensión superficial ya no puede mantener la gota unida al grifo. Luego se separa y la tensión superficial forma la gota en una esfera. Si un chorro de agua saliera del grifo, el chorro se rompería en gotas durante su caída. La gravedad estira la corriente, luego la tensión superficial la aprieta en esferas. ^[5]
3. La flotación de objetos más densos que el agua ocurre cuando el objeto no es mojable y su peso es lo suficientemente pequeño como para ser soportado por las fuerzas que surgen de la tensión superficial. ^[4] Por ejemplo, zancos de aguause la tensión superficial para caminar sobre la superficie de un estanque de la siguiente manera. La no humectabilidad de la pierna del zancudo significa que no hay atracción entre las moléculas de la pierna y las moléculas del agua, por lo que cuando la pierna empuja el agua hacia abajo, la tensión superficial del agua solo intenta recuperar su planitud a partir de su deformación debido a la pierna. Este comportamiento del agua empuja al zapatero hacia arriba para que pueda pararse en la superficie del agua siempre que su masa sea lo suficientemente pequeña como para que el agua pueda sostenerlo. La superficie del agua se comporta como una película elástica: las patas del insecto provocan hendiduras en la superficie del agua, aumentando su superficie ^[6] y la tendencia a minimizar la curvatura de la superficie (área por lo que) del agua empuja las patas del insecto hacia arriba.
4. La separación de aceite y agua (en este caso, agua y cera líquida) es causada por una tensión en la superficie entre líquidos diferentes. Este tipo de tensión superficial se denomina "tensión de interfaz", pero su química es la misma.
5. Las lágrimas de vino son la formación de gotas y riachuelos en el costado de un vaso que contiene una bebida alcohólica. Su causa es una interacción compleja entre las diferentes tensiones superficiales del agua y el etanol ; es inducida por una combinación de modificación de la tensión superficial del agua por etanol junto con etanol que se evapora más rápido que el agua.

• A. Goteo de agua en una hoja

• B. Goteo de agua de un grifo

• C.Los zancos de agua permanecen encima del líquido debido a la tensión superficial.

• D. Lámpara de lava con interacción entre líquidos diferentes: agua y cera líquida.

• E. Fotografía que muestra el fenómeno de las " lágrimas de vino ".

Surfactantes

La tensión superficial es visible en otros fenómenos comunes, especialmente cuando se utilizan tensioactivos para disminuirla:

• Las pompas de jabón tienen superficies muy grandes con muy poca masa. Las burbujas en agua pura son inestables. Sin embargo, la adición de tensioactivos puede tener un efecto estabilizador sobre las burbujas (ver Efecto Marangoni ). Tenga en cuenta que los tensioactivos en realidad reducen la tensión superficial del agua en un factor de tres o más.
• Las emulsiones son un tipo de coloide en el que influye la tensión superficial. Pequeños fragmentos de aceite suspendidos en agua pura se ensamblarán espontáneamente en masas mucho más grandes. Pero la presencia de un tensioactivo proporciona una disminución de la tensión superficial, lo que permite la estabilidad de diminutas gotas de aceite en la mayor parte del agua (o viceversa).

Física

Unidades físicas

La tensión superficial, representada por el símbolo γ (alternativamente σ o T ), se mide en fuerza por unidad de longitud . Su unidad SI es newton por metro, pero también se usa la unidad cgs de dinas por centímetro. Por ejemplo, ^[7]

${\displaystyle \gamma =1~\mathrm {\frac {dyn}{cm}} =1~\mathrm {\frac {erg}{cm^{2}}} =1~\mathrm {\frac {10^{-7}\,m\cdot N}{10^{-4}\,m^{2}}} =0.001~\mathrm {\frac {N}{m}} =0.001~\mathrm {\frac {J}{m^{2}}} .}$

Crecimiento de la superficie

Este diagrama ilustra la fuerza necesaria para aumentar el área de la superficie. Esta fuerza es proporcional a la tensión superficial.

La tensión superficial se puede definir en términos de fuerza o energía.

En términos de fuerza

La tensión superficial γ de un líquido es la fuerza por unidad de longitud. En la ilustración de la derecha, el marco rectangular, compuesto por tres lados inamovibles (negro) que forman una "U", y un cuarto lado movible (azul) que se puede deslizar hacia la derecha. La tensión superficial tirará de la barra azul hacia la izquierda; la fuerza F requerida para sujetar el lado móvil es proporcional a la longitud L del lado inmóvil. Por lo tanto, la relaciónF/Ldepende únicamente de las propiedades intrínsecas del líquido (composición, temperatura, etc.), no de su geometría. Por ejemplo, si el marco tiene una forma más complicada, la relaciónF/L, con L la longitud del lado móvil y F la fuerza requerida para evitar que se deslice, se encuentra que es la misma para todas las formas. Por lo tanto, definimos la tensión superficial como

${\displaystyle \gamma ={\frac {1}{2}}{\frac {F}{L}}.}$

El motivo de la 1/2es que la película tiene dos lados (dos superficies), cada una de las cuales contribuye por igual a la fuerza; entonces la fuerza contribuida por un solo lado es γL =F/2.

En términos de energía

La tensión superficial γ de un líquido es la relación entre el cambio en la energía del líquido y el cambio en el área de la superficie del líquido (que provocó el cambio en la energía). Esto puede relacionarse fácilmente con la definición anterior en términos de fuerza: ^[8] si F es la fuerza requerida para evitar que el lado comience a deslizarse, entonces esta es también la fuerza que mantendría al lado en el estado de deslizamiento en un velocidad constante(por la Segunda Ley de Newton). Pero si el lado se mueve hacia la derecha (en la dirección en la que se aplica la fuerza), entonces el área de la superficie del líquido estirado aumenta mientras que la fuerza aplicada actúa sobre el líquido. Esto significa que al aumentar la superficie aumenta la energía de la película. El trabajo realizado por la fuerza F al mover el lado una distancia Δ x es W = F Δ x ; al mismo tiempo, el área total de la película aumenta en Δ A = 2 L Δ x (el factor de 2 es aquí porque el líquido tiene dos lados, dos superficies). Por lo tanto, multiplicando tanto el numerador como el denominador de γ =1/2F/Lpor Δ x , obtenemos

${\displaystyle \gamma ={\frac {F}{2L}}={\frac {F\Delta x}{2L\Delta x}}={\frac {W}{\Delta A}}}$.

Este trabajo W , según los argumentos habituales , se interpreta como almacenado como energía potencial. En consecuencia, la tensión superficial también se puede medir en el sistema SI como joules por metro cuadrado y en el sistema cgs como ergios por cm ² . Dado que los sistemas mecánicos intentan encontrar un estado de energía potencial mínima , una gota libre de líquido asume naturalmente una forma esférica, que tiene el área superficial mínima para un volumen dado. La equivalencia de la medición de la energía por unidad de área a la fuerza por unidad de longitud se puede demostrar mediante análisis dimensional . ^[9]

Curvatura y presión de la superficie

Fuerzas de tensión superficial que actúan sobre un parche diminuto (diferencial) de superficie. δθ _x y δθ _y indican la cantidad de curvatura sobre las dimensiones del parche. Equilibrar las fuerzas de tensión con la presión conduce a la ecuación de Young-Laplace

Si no actúa ninguna fuerza normal a una superficie tensada, la superficie debe permanecer plana. Pero si la presión en un lado de la superficie difiere de la presión en el otro lado, la diferencia de presión multiplicada por el área de la superficie da como resultado una fuerza normal. Para que las fuerzas de tensión superficial cancelen la fuerza debida a la presión, la superficie debe estar curvada. El diagrama muestra cómo la curvatura de la superficie de un pequeño parche de superficie conduce a un componente neto de las fuerzas de tensión superficial que actúan de manera normal al centro del parche. Cuando todas las fuerzas están equilibradas, la ecuación resultante se conoce como ecuación de Young-Laplace : ^[10]

${\displaystyle \Delta p=\gamma \left({\frac {1}{R_{x}}}+{\frac {1}{R_{y}}}\right)}$

dónde:

• Δ p es la diferencia de presión, conocida como presión de Laplace . ^[11]
• γ es la tensión superficial.
• R _x y R _y son radios de curvatura en cada uno de los ejes que son paralelos a la superficie.

La cantidad entre paréntesis en el lado derecho es de hecho (dos veces) la curvatura media de la superficie (dependiendo de la normalización). Las soluciones a esta ecuación determinan la forma de las gotas de agua, los charcos, los meniscos, las pompas de jabón y todas las demás formas determinadas por la tensión superficial (como la forma de las impresiones que los pies de un caminante hacen en la superficie de un estanque). La siguiente tabla muestra cómo la presión interna de una gota de agua aumenta con el radio decreciente. Para gotas no muy pequeñas, el efecto es sutil, pero la diferencia de presión se vuelve enorme cuando el tamaño de las gotas se acerca al tamaño molecular. (En el límite de una sola molécula, el concepto pierde sentido).

Δ p para gotas de agua de diferentes radios en STP

Radio de gota	1 mm	0,1 mm	1  μm	10  nm
Δ p ( atm )	0,0014	0.0144	1.436	143,6

Objetos flotantes

Sección transversal de una aguja flotando en la superficie del agua. F _w es el peso y F _s son las fuerzas resultantes de la tensión superficial.

Cuando se coloca un objeto sobre un líquido, su peso F _w deprime la superficie, y si la tensión superficial y la fuerza descendente se igualan, lo que se equilibra con las fuerzas de tensión superficial en cada lado F _s , que son paralelas a la superficie del agua en el puntos donde contacta con el objeto. Tenga en cuenta que un pequeño movimiento en el cuerpo puede hacer que el objeto se hunda. A medida que disminuye el ángulo de contacto, disminuye la tensión superficial. Las componentes horizontales de las dos flechas F _s apuntan en direcciones opuestas, por lo que se cancelan entre sí, pero las componentes verticales apuntan en la misma dirección y, por lo tanto, suman ^[4] para equilibrar F _w. La superficie del objeto no debe ser mojable para que esto suceda, y su peso debe ser lo suficientemente bajo para que la tensión superficial lo soporte.

${\displaystyle F_{\mathrm {w} }=2F_{\mathrm {s} }\sin \theta \quad \Leftrightarrow \quad \rho _{\mathrm {w} }A_{\mathrm {w} }Lg=2\gamma L\sin \theta }$

Superficie líquida

Superficie mínima

Encontrar la forma de la superficie mínima delimitada por algún marco de forma arbitraria utilizando medios estrictamente matemáticos puede ser una tarea abrumadora. Sin embargo, al moldear el marco con alambre y sumergirlo en una solución de jabón, aparecerá una superficie mínima localmente en la película de jabón resultante en cuestión de segundos. ^{[9] [12]}

La razón de esto es que la diferencia de presión a través de una interfaz de fluido es proporcional a la curvatura media , como se ve en la ecuación de Young-Laplace . Para una película de jabón abierta, la diferencia de presión es cero, por lo que la curvatura media es cero y las superficies mínimas tienen la propiedad de curvatura media cero.

Ángulos de contacto

Artículo principal: ángulo de contacto

La superficie de cualquier líquido es una interfaz entre ese líquido y algún otro medio. ^{[nota 1]} La superficie superior de un estanque, por ejemplo, es una interfaz entre el agua del estanque y el aire. La tensión superficial, entonces, no es una propiedad del líquido solo, sino una propiedad de la interfaz del líquido con otro medio. Si hay un líquido en un recipiente, además de la interfaz líquido / aire en su superficie superior, también hay una interfaz entre el líquido y las paredes del recipiente. La tensión superficial entre el líquido y el aire suele ser diferente (mayor que) su tensión superficial con las paredes de un recipiente. Y donde las dos superficies se encuentran, su geometría debe ser tal que todas las fuerzas se equilibren. ^{[9] [10]}

Fuerzas en el punto de contacto que se muestran para ángulos de contacto superiores a 90 ° (izquierda) y menos de 90 ° (derecha)

Donde las dos superficies se encuentran, forman un ángulo de contacto , θ , que es el ángulo que forma la tangente a la superficie con la superficie sólida. Tenga en cuenta que el ángulo se mide a través del líquido , como se muestra en los diagramas de arriba. El diagrama de la derecha muestra dos ejemplos. Se muestran las fuerzas de tensión para la interfaz líquido-aire, la interfaz líquido-sólido y la interfaz sólido-aire. El ejemplo de la izquierda es donde la diferencia entre la tensión superficial líquido-sólido y sólido-aire, γ _ls - γ _sa , es menor que la tensión superficial líquido-aire, γ _la , pero no obstante es positiva, es decir

${\displaystyle \gamma _{\mathrm {la} }>\gamma _{\mathrm {ls} }-\gamma _{\mathrm {sa} }>0}$

En el diagrama, tanto las fuerzas verticales como las horizontales deben cancelarse exactamente en el punto de contacto, conocido como equilibrio . El componente horizontal de f _la es cancelado por la fuerza adhesiva, f _A . ^[9]

${\displaystyle f_{\mathrm {A} }=f_{\mathrm {la} }\sin \theta }$

Sin embargo, el equilibrio de fuerzas más revelador está en la dirección vertical. La componente vertical de f _la debe cancelar exactamente la diferencia de las fuerzas a lo largo de la superficie sólida, f _ls - f _sa . ^[9]

${\displaystyle f_{\mathrm {ls} }-f_{\mathrm {sa} }=-f_{\mathrm {la} }\cos \theta }$

Líquido	Sólido	Angulo de contacto
agua	vidrio de soda-lima vidrio de plomo cuarzo fundido	0 °
etanol
éter dietílico
tetracloruro de carbono
glicerol
ácido acético
agua	cera parafina	107 °
	plata	90 °
yoduro de metilo	vidrio de soda-lima	29 °
	vidrio de plomo	30 °
	cuarzo fundido	33 °
mercurio	vidrio de soda-lima	140 °
Algunos ángulos de contacto líquido-sólido [9]

Dado que las fuerzas están en proporción directa a sus respectivas tensiones superficiales, también tenemos: ^[10]

${\displaystyle \gamma _{\mathrm {ls} }-\gamma _{\mathrm {sa} }=-\gamma _{\mathrm {la} }\cos \theta }$

dónde

• γ _ls es la tensión superficial líquido-sólido,
• γ _la es la tensión superficial líquido-aire,
• γ _sa es la tensión superficial sólido-aire,
• θ es el ángulo de contacto, donde un menisco cóncavo tiene un ángulo de contacto inferior a 90 ° y un menisco convexo tiene un ángulo de contacto superior a 90 °. ^[9]

Esto significa que aunque la diferencia entre la tensión superficial líquido-sólido y sólido-aire, γ _ls - γ _sa , es difícil de medir directamente, se puede inferir a partir de la tensión superficial líquido-aire, γ _la , y el ángulo de contacto de equilibrio. , θ , que es una función de los ángulos de contacto de avance y retroceso fácilmente medibles (ver ángulo de contacto del artículo principal ).

Esta misma relación existe en el diagrama de la derecha. Pero en este caso vemos que debido a que el ángulo de contacto es menor de 90 °, la diferencia de tensión superficial líquido-sólido / sólido-aire debe ser negativa:

${\displaystyle \gamma _{\mathrm {la} }>0>\gamma _{\mathrm {ls} }-\gamma _{\mathrm {sa} }}$

Ángulos de contacto especiales

Observe que en el caso especial de una interfaz agua-plata donde el ángulo de contacto es igual a 90 °, la diferencia de tensión superficial líquido-sólido / sólido-aire es exactamente cero.

Otro caso especial es donde el ángulo de contacto es exactamente 180 °. El agua con teflón especialmente preparado se acerca a esto. ^[10] El ángulo de contacto de 180 ° ocurre cuando la tensión superficial líquido-sólido es exactamente igual a la tensión superficial líquido-aire.

${\displaystyle \gamma _{\mathrm {la} }=\gamma _{\mathrm {ls} }-\gamma _{\mathrm {sa} }>0\qquad \theta =180^{\circ }}$

Métodos de medición

El tensiómetro de fuerza utiliza el método de anillo de Du Noüy y el método de placa de Wilhelmy.

Debido a que la tensión superficial se manifiesta en varios efectos, ofrece una serie de caminos para su medición. El método óptimo depende de la naturaleza del líquido que se mide, las condiciones en las que se va a medir su tensión y la estabilidad de su superficie cuando se deforma. Un instrumento que mide la tensión superficial se llama tensiómetro.

• Método de anillo Du Noüy : El método tradicional utilizado para medir la tensión superficial o interfacial. Las propiedades humectantes de la superficie o interfaz tienen poca influencia en esta técnica de medición. Se mide la tracción máxima ejercida sobre el anillo por la superficie. ^[13]
• Método de placa Wilhelmy : un método universal especialmente adecuado para comprobar la tensión superficial durante largos intervalos de tiempo. Una placa vertical de perímetro conocido se une a una balanza y se mide la fuerza debida al mojado. ^[14]
• Método de gota giratoria : esta técnica es ideal para medir tensiones interfaciales bajas. El diámetro de una gota dentro de una fase pesada se mide mientras se rotan ambas.
• Método de caída colgante : esta técnica puede medir la tensión superficial e interfacial, incluso a temperaturas y presiones elevadas. La geometría de una gota se analiza ópticamente. Para las gotas colgantes, se ha utilizado el diámetro máximo y la relación entre este parámetro y el diámetro a la distancia del diámetro máximo desde el ápice de la gota para evaluar los parámetros de tamaño y forma con el fin de determinar la tensión superficial. ^[14]
• Método de presión de burbuja ( método de Jaeger): técnica de medición para determinar la tensión superficial en edades superficiales cortas. Se mide la presión máxima de cada burbuja.
• Método del volumen de caída: método para determinar la tensión interfacial en función de la edad de la interfaz. Se bombea líquido de una densidad a un segundo líquido de diferente densidad y se mide el tiempo entre las gotas producidas. ^[15]
• Método de elevación capilar: el extremo de un capilar se sumerge en la solución. La altura a la que la solución llega al interior del capilar está relacionada con la tensión superficial mediante la ecuación que se analiza a continuación . ^[dieciséis]
  La tensión superficial se puede medir utilizando el método de caída colgante en un goniómetro .
• Método estalagmométrico : método de ponderación y lectura de una gota de líquido.
• Método de gota sésil : método para determinar la tensión superficial y la densidad colocando una gota sobre un sustrato y midiendo el ángulo de contacto (ver técnica de gota sésil ). ^[17]
• Método Du Noüy – Padday : una versión minimizada del método Du Noüy utiliza una aguja de metal de pequeño diámetro en lugar de un anillo, en combinación con una microbalanza de alta sensibilidad para registrar el tirón máximo. La ventaja de este método es que se pueden medir volúmenes de muestra muy pequeños (hasta unas pocas decenas de microlitros) con una precisión muy alta, sin la necesidad de corregir la flotabilidad (para una aguja o más bien, una varilla, con la geometría adecuada). Además, la medición se puede realizar muy rápidamente, como mínimo en unos 20 segundos.
• Frecuencia vibratoria de las gotas levitadas: La frecuencia natural de las oscilaciones vibratorias de las gotas levitadas magnéticamente se ha utilizado para medir la tensión superficial del superfluido ⁴ He. Este valor se estima en 0.375 dyn / cm en T = 0 K. ^[18]
• Oscilaciones resonantes de gotas de líquido esféricas y hemisféricas: la técnica se basa en medir la frecuencia de resonancia de gotas colgantes esféricas y hemisféricas impulsadas en oscilaciones por un campo eléctrico modulado. La tensión superficial y la viscosidad se pueden evaluar a partir de las curvas resonantes obtenidas. ^{[19] [20] [21]}

Efectos

Líquido en un tubo vertical

Artículo principal: Acción capilar

Diagrama de un barómetro de mercurio

Un barómetro de mercurio de estilo antiguo consiste en un tubo de vidrio vertical de aproximadamente 1 cm de diámetro parcialmente lleno de mercurio y con un vacío (llamado vacío de Torricelli ) en el volumen sin llenar (vea el diagrama a la derecha). Observe que el nivel de mercurio en el centro del tubo es más alto que en los bordes, lo que hace que la superficie superior del mercurio tenga forma de cúpula. El centro de masa de toda la columna de mercurio sería ligeramente más bajo si la superficie superior del mercurio fuera plana sobre toda la sección transversal del tubo. Pero la parte superior en forma de cúpula da un área de superficie ligeramente menor a toda la masa de mercurio. Nuevamente, los dos efectos se combinan para minimizar la energía potencial total. Esta forma de superficie se conoce como menisco convexo.

Consideramos el área de la superficie de toda la masa de mercurio, incluida la parte de la superficie que está en contacto con el vidrio, porque el mercurio no se adhiere al vidrio en absoluto. Entonces, la tensión superficial del mercurio actúa sobre toda su superficie, incluso donde está en contacto con el vidrio. Si en lugar de vidrio, el tubo estuviera hecho de cobre, la situación sería muy diferente. El mercurio se adhiere agresivamente al cobre. Entonces, en un tubo de cobre, el nivel de mercurio en el centro del tubo será más bajo que en los bordes (es decir, sería un menisco cóncavo). En una situación en la que el líquido se adhiere a las paredes de su recipiente, consideramos que la parte del área de la superficie del fluido que está en contacto con el recipiente tiene un efecto negativo.tensión superficial. El fluido entonces trabaja para maximizar el área de la superficie de contacto. Entonces, en este caso, el aumento del área en contacto con el contenedor disminuye en lugar de aumentar la energía potencial. Esa disminución es suficiente para compensar el aumento de energía potencial asociado con levantar el fluido cerca de las paredes del recipiente.

Ilustración de subida y bajada de capilares. Rojo = ángulo de contacto inferior a 90 °; azul = ángulo de contacto superior a 90 °

Si un tubo es lo suficientemente estrecho y la adherencia del líquido a sus paredes es lo suficientemente fuerte, la tensión superficial puede hacer que el líquido suba por el tubo en un fenómeno conocido como acción capilar . La altura a la que se eleva la columna está dada por la ley de Jurin : ^[9]

${\displaystyle h={\frac {2\gamma _{\mathrm {la} }\cos \theta }{\rho gr}}}$

dónde

• h es la altura a la que se eleva el líquido,
• γ _la es la tensión superficial líquido-aire,
• ρ es la densidad del líquido,
• r es el radio del capilar,
• g es la aceleración debida a la gravedad,
• θ es el ángulo de contacto descrito anteriormente. Si θ es superior a 90 °, como ocurre con el mercurio en un recipiente de vidrio, el líquido se comprimirá en lugar de elevarse.

Charcos en una superficie

Curva de perfil del borde de un charco donde el ángulo de contacto es de 180 °. La curva viene dada por la fórmula: ^[10] donde
${\displaystyle x-x_{0}={\frac {1}{2}}H\cosh ^{-1}\left({\frac {H}{h}}\right)-H{\sqrt {1-{\frac {h^{2}}{H^{2}}}}}}$
${\displaystyle H=2{\sqrt {\frac {\gamma }{g\rho }}}}$

Pequeños charcos de agua sobre una superficie lisa y limpia tienen un grosor perceptible.

Verter mercurio sobre una hoja de vidrio horizontal y plana da como resultado un charco que tiene un grosor perceptible. El charco se extenderá solo hasta el punto en que tenga un poco menos de medio centímetro de grosor y no sea más delgado. Nuevamente, esto se debe a la acción de la fuerte tensión superficial del mercurio. La masa líquida se aplana porque eso lleva la mayor cantidad de mercurio a un nivel lo más bajo posible, pero la tensión superficial, al mismo tiempo, actúa para reducir la superficie total. El resultado del compromiso es un charco de un grosor casi fijo.

La misma demostración de tensión superficial se puede hacer con agua, agua de cal o incluso solución salina, pero solo en una superficie hecha de una sustancia a la que el agua no se adhiere. La cera es una de esas sustancias. El agua vertida sobre una superficie de cera horizontal, lisa y plana, digamos una hoja de vidrio encerada, se comportará de manera similar al mercurio vertido sobre el vidrio.

El espesor de un charco de líquido sobre una superficie cuyo ángulo de contacto es de 180 ° viene dado por: ^[10]

${\displaystyle h=2{\sqrt {\frac {\gamma }{g\rho }}}}$

dónde

• h es la profundidad del charco en centímetros o metros.
• γ es la tensión superficial del líquido en dinas por centímetro o newtons por metro.
• g es la aceleración debida a la gravedad y es igual a 980 cm / s ² o 9,8 m / s ²
• ρ es la densidad del líquido en gramos por centímetro cúbico o kilogramos por metro cúbico

Ilustración de cómo un ángulo de contacto más bajo conduce a la reducción de la profundidad del charco

En realidad, los espesores de los charcos serán ligeramente menores de lo que predice la fórmula anterior porque muy pocas superficies tienen un ángulo de contacto de 180 ° con cualquier líquido. Cuando el ángulo de contacto es inferior a 180 °, el espesor viene dado por: ^[10]

${\displaystyle h={\sqrt {\frac {2\gamma _{\mathrm {la} }\left(1-\cos \theta \right)}{g\rho }}}.}$

Para mercurio sobre vidrio, γ _Hg = 487 dyn / cm, ρ _Hg = 13.5 g / cm ³ y θ = 140 °, lo que da h _Hg = 0.36 cm. Para agua sobre parafina a 25 ° C, γ = 72 dyn / cm, ρ = 1.0 g / cm ³ y θ = 107 ° lo que da h _{H 2 O} = 0.44 cm.

La fórmula también predice que cuando el ángulo de contacto es 0 °, el líquido se esparcirá en una capa micro-delgada sobre la superficie. Se dice que dicha superficie es completamente humectable por el líquido.

La ruptura de corrientes en gotas

Desintegración de una corriente de agua alargada en gotitas debido a la tensión superficial.

Artículo principal: inestabilidad Plateau-Rayleigh

En la vida cotidiana, todos observamos que un chorro de agua que sale de un grifo se deshace en gotitas, sin importar qué tan suavemente se emita el chorro de agua del grifo. Esto se debe a un fenómeno llamado inestabilidad Plateau-Rayleigh , ^[10] que es completamente una consecuencia de los efectos de la tensión superficial.

La explicación de esta inestabilidad comienza con la existencia de pequeñas perturbaciones en el arroyo. Estos siempre están presentes, no importa cuán fluida sea la transmisión. Si las perturbaciones se resuelven en componentes sinusoidales , encontramos que algunos componentes crecen con el tiempo mientras que otros decaen con el tiempo. Entre los que crecen con el tiempo, algunos crecen a un ritmo más rápido que otros. Si un componente se desintegra o crece, y qué tan rápido crece es completamente una función de su número de onda (una medida de cuántos picos y valles por centímetro) y los radios de la corriente cilíndrica original.

Termodinámica

Teorías termodinámicas de la tensión superficial

JW Gibbs desarrolló la teoría termodinámica de la capilaridad basada en la idea de superficies de discontinuidad. ^[22] Gibbs consideró el caso de una superficie matemática nítida colocada en algún lugar dentro de la interfaz física microscópicamente borrosa que existe entre dos sustancias homogéneas. Al darse cuenta de que la elección exacta de la ubicación de la superficie era algo arbitraria, la dejó flexible. Dado que la interfaz existe en equilibrio térmico y químico con las sustancias que la rodean (que tienen temperatura T y potenciales químicos μ _i ), Gibbs consideró el caso en el que la superficie puede tener exceso de energía, exceso de entropía y exceso de partículas, encontrando la función natural de energía libre. en este caso ser${\displaystyle U-TS-\mu _{1}N_{1}-\mu _{2}N_{2}\cdots }$, una cantidad que luego se denominó como el gran potencial y se le dio el símbolo .${\displaystyle \Omega }$

Colocación de Gibbs de una superficie matemática precisa en una interfaz física difusa.

Considerando un subvolumen dado que contiene una superficie de discontinuidad, el volumen se divide por la superficie matemática en dos partes A y B, con volúmenes y , con exactamente. Ahora, si las dos partes A y B eran líquidos homogéneos (con presiones , ) y se mantuvo derecho perfectamente homogénea hasta el límite matemático, sin ningún tipo de efectos de superficie, el gran potencial total de este volumen sería simplemente . Los efectos de superficie de interés son una modificación de esto, y todos se pueden recopilar en un término de energía libre de superficie, por lo que el gran potencial total del volumen se convierte en:${\displaystyle V}$${\displaystyle V_{\rm {A}}}$${\displaystyle V_{\rm {B}}}$${\displaystyle V=V_{\rm {A}}+V_{\rm {B}}}$${\displaystyle p_{\rm {A}}}$${\displaystyle p_{\rm {B}}}$${\displaystyle -p_{\rm {A}}V_{\rm {A}}-p_{\rm {B}}V_{\rm {B}}}$${\displaystyle \Omega _{\rm {S}}}$

${\displaystyle \Omega =-p_{\rm {A}}V_{\rm {A}}-p_{\rm {B}}V_{\rm {B}}+\Omega _{\rm {S}}.}$

Para superficies suficientemente macroscópicas y suavemente curvadas, la energía libre de la superficie debe ser simplemente proporcional al área de la superficie: ^{[22] [23]}

${\displaystyle \Omega _{\rm {S}}=\gamma A,}$

para tensión superficial y área de superficie .${\displaystyle \gamma }$${\displaystyle A}$

Como se indicó anteriormente, esto implica que el trabajo mecánico necesario para aumentar un área superficial A es dW = γ dA , asumiendo que los volúmenes en cada lado no cambian. La termodinámica requiere que para sistemas mantenidos a temperatura y potencial químico constantes, todos los cambios espontáneos de estado estén acompañados de una disminución de esta energía libre , es decir, un aumento de la entropía total teniendo en cuenta el posible movimiento de energía y partículas desde la superficie hacia el interior. los fluidos circundantes. A partir de esto, es fácil entender por qué la disminución del área de superficie de una masa de líquido es siempre espontánea.${\displaystyle \Omega }$, siempre que no esté acoplado a ningún otro cambio de energía. De ello se deduce que para aumentar el área de superficie, se debe agregar una cierta cantidad de energía.

Gibbs y otros científicos han luchado con la arbitrariedad en la ubicación microscópica exacta de la superficie. ^[24] Para superficies microscópicas con curvaturas muy estrechas, no es correcto asumir que la tensión superficial es independiente del tamaño, y entran en juego temas como la longitud de Tolman . Para una superficie de tamaño macroscópico (y superficies planas), la ubicación de la superficie no tiene un efecto significativo sobre γ, sin embargo, tiene un efecto muy fuerte sobre los valores de la entropía de la superficie, las densidades de masa en exceso de la superficie y la energía interna de la superficie, ^{[22 ] : 237} que son las derivadas parciales de la función de tensión superficial .${\displaystyle \gamma (T,\mu _{1},\mu _{2},\cdots )}$

Gibbs enfatizó que para los sólidos, la energía libre superficial puede ser completamente diferente de la tensión superficial (lo que él llamó tensión superficial): ^{[22] : 315} la energía libre superficial es el trabajo requerido para formar la superficie, mientras que la tensión superficial es el trabajo requerido para estirar la superficie. En el caso de una interfaz de dos fluidos, no hay distinción entre formación y estiramiento porque los fluidos y la superficie reponen completamente su naturaleza cuando la superficie se estira. Para un sólido, estirar la superficie, incluso elásticamente, da como resultado una superficie fundamentalmente cambiada. Además, la tensión superficial en un sólido es una cantidad direccional (un tensor de tensión ) mientras que la energía superficial es escalar.

Quince años después de Gibbs, JD van der Waals desarrolló la teoría de los efectos de capilaridad basada en la hipótesis de una variación continua de densidad. ^[25] Añadió a la densidad de energía el término donde c es el coeficiente de capilaridad y ρ es la densidad. Para los equilibrios multifásicos , los resultados del enfoque de van der Waals prácticamente coinciden con las fórmulas de Gibbs, pero para el modelado de la dinámica de las transiciones de fase, el enfoque de van der Waals es mucho más conveniente. ^{[26] [27]} La energía de capilaridad de van der Waals ahora se usa ampliamente en los modelos de campo de fase.${\displaystyle c(\nabla \rho )^{2},}$de flujos multifásicos. Estos términos también se descubren en la dinámica de los gases en desequilibrio. ^[28]

Termodinámica de burbujas

La presión dentro de una burbuja esférica ideal puede derivarse de consideraciones termodinámicas de energía libre. ^[23] La energía libre anterior se puede escribir como:

${\displaystyle \Omega =-\Delta PV_{\rm {A}}-p_{\rm {B}}V+\gamma A}$

donde es la diferencia de presión entre el interior (A) y el exterior (B) de la burbuja, y es el volumen de la burbuja. En equilibrio, dΩ = 0 , entonces,${\displaystyle \Delta P=p_{\rm {A}}-p_{\rm {B}}}$${\displaystyle V_{\rm {A}}}$

${\displaystyle \Delta P\,dV_{\rm {A}}=\gamma \,dA}$.

Para una burbuja esférica, el volumen y el área de la superficie vienen dados simplemente por

${\displaystyle V_{\rm {A}}={\tfrac {4}{3}}\pi R^{3}\quad \rightarrow \quad dV_{\rm {A}}=4\pi R^{2}\,dR,}$

y

${\displaystyle A=4\pi R^{2}\quad \rightarrow \quad dA=8\pi R\,dR.}$

Sustituyendo estas relaciones en la expresión anterior, encontramos

${\displaystyle \Delta P={\frac {2}{R}}\gamma ,}$

que es equivalente a la ecuación de Young-Laplace cuando R _x = R _y .

Influencia de la temperatura

Dependencia de la temperatura de la tensión superficial entre las fases líquida y de vapor del agua pura.

Dependencia de la temperatura de la tensión superficial del benceno

La tensión superficial depende de la temperatura. Por esa razón, cuando se da un valor para la tensión superficial de una interfaz, la temperatura debe indicarse explícitamente. La tendencia general es que la tensión superficial disminuye con el aumento de temperatura, alcanzando un valor de 0 a la temperatura crítica . Para más detalles, consulte la regla de Eötvös . Solo hay ecuaciones empíricas para relacionar la tensión superficial y la temperatura:

• Eötvös: ^{[13] [29] [30]}

${\displaystyle \gamma V^{\frac {2}{3}}=k(T_{\mathrm {C} }-T).}$

Aquí V es el volumen molar de una sustancia, T _C es la temperatura crítica y k es una constante válida para casi todas las sustancias. ^[13] Un valor típico es k =2,1 × 10 ^-7  JK ^-1 mol ^{- 2 / ₃} . ^{[13] [30]} Para agua, se puede usar además V = 18 ml / mol y T _C = 647 K (374 ° C). ^[31]

Ramay y Shields describen una variante de Eötvös: ^[32]

${\displaystyle \gamma V^{\frac {2}{3}}=k\left(T_{\mathrm {C} }-T-6\right)}$

donde la compensación de temperatura de 6 K proporciona a la fórmula un mejor ajuste a la realidad a temperaturas más bajas.

• Guggenheim – Katayama: ^[29]

${\displaystyle \gamma =\gamma ^{\circ }\left(1-{\frac {T}{T_{\mathrm {C} }}}\right)^{n}}$

γ ° es una constante para cada líquido yn es un factor empírico, cuyo valor es11/9para líquidos orgánicos. Esta ecuación también fue propuesta por van der Waals , quien propuso además que γ ° podría estar dado por la expresión

${\displaystyle K_{2}T_{\mathrm {C} }^{\frac {1}{3}}P_{\mathrm {C} }^{\frac {2}{3}},}$

donde K ₂ es una constante universal para todos los líquidos, y P _C es la presión crítica del líquido (aunque experimentos posteriores encontraron que K ₂ varía hasta cierto punto de un líquido a otro). ^[29]

Tanto Guggenheim-Katayama como Eötvös tienen en cuenta el hecho de que la tensión superficial alcanza 0 a la temperatura crítica, mientras que Ramay y Shields no logran coincidir con la realidad en este punto final.

Influencia de la concentración de solutos

Los solutos pueden tener diferentes efectos sobre la tensión superficial según la naturaleza de la superficie y el soluto:

• Poco o ningún efecto, por ejemplo azúcar en agua | aire, la mayoría de compuestos orgánicos en aceite / aire
• Aumenta la tensión superficial, la mayoría de las sales inorgánicas en el agua | aire
• Cambio no monótono, la mayoría de los ácidos inorgánicos en el agua | aire
• Disminuya la tensión superficial progresivamente, como con la mayoría de los anfífilos, p. Ej., Alcoholes en agua | aire
• Disminuye la tensión superficial hasta cierta concentración crítica, y luego ningún efecto: surfactantes que forman micelas

Lo que complica el efecto es que un soluto puede existir en una concentración diferente en la superficie de un solvente que en su masa. Esta diferencia varía de una combinación de soluto-solvente a otra.

La isoterma de Gibbs establece que:

${\displaystyle \Gamma =-{\frac {1}{RT}}\left({\frac {\partial \gamma }{\partial \ln C}}\right)_{T,P}}$

• Γ se conoce como concentración superficial, representa el exceso de soluto por unidad de área de la superficie sobre lo que estaría presente si la concentración general prevaleciera hasta la superficie. Tiene unidades de mol / m ²
• C es la concentración de la sustancia en la solución a granel.
• R es la constante del gas y T la temperatura

Se toman ciertas suposiciones en su deducción, por lo tanto, la isoterma de Gibbs solo se puede aplicar a soluciones ideales (muy diluidas) con dos componentes.

Influencia del tamaño de partícula en la presión de vapor

Ver también: efecto Gibbs-Thomson

La relación de Clausius-Clapeyron conduce a otra ecuación también atribuida a Kelvin, como la ecuación de Kelvin . Explica por qué, debido a la tensión superficial, la presión de vapor para pequeñas gotas de líquido en suspensión es mayor que la presión de vapor estándar de ese mismo líquido cuando la interfaz es plana. Es decir, cuando un líquido está formando pequeñas gotas, la concentración de equilibrio de su vapor en su entorno es mayor. Esto surge porque la presión dentro de la gota es mayor que en el exterior. ^[32]

${\displaystyle P_{\mathrm {v} }^{\mathrm {fog} }=P_{\mathrm {v} }^{\circ }e^{\frac {V2\gamma }{RTr_{\mathrm {k} }}}}$

Las moléculas en la superficie de una pequeña gota (izquierda) tienen, en promedio, menos vecinos que las de una superficie plana (derecha). Por tanto, están unidas más débilmente a la gota que las moléculas de superficie plana.

• P _v ° es la presión de vapor estándar para ese líquido a esa temperatura y presión.
• V es el volumen molar.
• R es la constante de gas
• r _k es el radio de Kelvin, el radio de las gotas.

El efecto explica la sobresaturación de los vapores. En ausencia de sitios de nucleación , se deben formar pequeñas gotas antes de que puedan evolucionar a gotas más grandes. Esto requiere una presión de vapor muchas veces mayor que la presión de vapor en el punto de transición de fase . ^[32]

Esta ecuación también se utiliza en la química de los catalizadores para evaluar la mesoporosidad de los sólidos. ^[33]

El efecto se puede ver en términos del número promedio de vecinos moleculares de moléculas de superficie (ver diagrama).

La tabla muestra algunos valores calculados de este efecto para agua en diferentes tamaños de gota:

PAG/P 0para gotas de agua de diferentes radios en STP [29]
Radio de gota (nm)	1000	100	10	1
PAG/P 0	1.001	1.011	1,114	2,95

El efecto se vuelve claro para tamaños de gota muy pequeños, ya que una gota de 1 nm de radio tiene alrededor de 100 moléculas en su interior, que es una cantidad lo suficientemente pequeña como para requerir un análisis de mecánica cuántica .

Tensión superficial del agua y del agua de mar

Los dos líquidos más abundantes en la Tierra son el agua dulce y el agua de mar . Esta sección proporciona correlaciones de datos de referencia para la tensión superficial de ambos.

Tensión superficial del agua

La tensión superficial del agua líquida pura en contacto con su vapor ha sido dada por IAPWS ^[34] como

${\displaystyle \gamma _{\text{w}}=235.8\left(1-{\frac {T}{T_{\text{C}}}}\right)^{1.256}\left[1-0.625\left(1-{\frac {T}{T_{\text{C}}}}\right)\right]~{\text{mN/m}},}$

donde tanto T como la temperatura crítica T _C = 647.096 K se expresan en kelvin . La región de validez de toda la curva de saturación vapor-líquido, desde el punto triple (0.01 ° C) hasta el punto crítico. También proporciona resultados razonables cuando se extrapola a condiciones metaestables (superenfriadas), hasta al menos -25 ° C. Esta formulación fue adoptada originalmente por IAPWS en 1976 y se ajustó en 1994 para ajustarse a la Escala Internacional de Temperatura de 1990.

La incertidumbre de esta formulación se da en todo el rango de temperatura por IAPWS. ^[34] Para temperaturas inferiores a 100 ° C, la incertidumbre es de ± 0,5%.

Tensión superficial del agua de mar

Nayar et al. ^[35] publicaron datos de referencia para la tensión superficial del agua de mar en el rango de salinidad de 20 ≤ S ≤ 131 g / kg y un rango de temperatura de 1 ≤ t ≤ 92 ° C a presión atmosférica. El rango de temperatura y salinidad abarca tanto el rango oceanográfico como el rango de condiciones que se encuentran en las tecnologías de desalinización térmica . La incertidumbre de las mediciones varió de 0,18 a 0,37 mN / m con una incertidumbre media de 0,22 mN / m.

Nayar et al. correlacionó los datos con la siguiente ecuación

${\displaystyle \gamma _{\mathrm {sw} }=\gamma _{\mathrm {w} }\left(1+3.766\times 10^{-4}S+2.347\times 10^{-6}St\right)}$

donde γ _sw es la tensión superficial del agua de mar en mN / m, γ _w es la tensión superficial del agua en mN / m, S es la salinidad de referencia ^[36] en g / kg y t es la temperatura en grados Celsius. La desviación porcentual absoluta promedio entre las mediciones y la correlación fue de 0,19%, mientras que la desviación máxima es de 0,60%.

La Asociación Internacional para las Propiedades del Agua y el Vapor (IAPWS) ha adoptado esta correlación como una guía estándar internacional. ^[37]

Tabla de datos

La tensión superficial de varios líquidos en dina / cm contra el aire ^{[38] Las}
composiciones de mezcla indicadas como "%" son en masa
dina / cm es equivalente a las unidades SI de mN / m (milinewton por metro)

Líquido	Temperatura (° C)	Tensión superficial, γ
Ácido acético	20	27,60
Ácido acético (45,1%) + Agua	30	40,68
Ácido acético (10.0%) + Agua	30	54,56
Acetona	20	23,70
Sangre	22	55,89
Éter dietílico	20	17.00
Etanol	20	22.27
Etanol (40%) + Agua	25	29,63
Etanol (11,1%) + Agua	25	46.03
Glicerol	20	63,00
n- Hexano	20	18.40
Solución acuosa de ácido clorhídrico 17,7  M	20	65,95
Isopropanol	20	21,70
Helio líquido II	−273	0,37 [39]
Nitrógeno líquido	−196	8,85
Oxígeno líquido	−182	13,2
Mercurio	15	487,00
Metanol	20	22.60
Cloruro de plata fundido	650	163 [40]
Cloruro de sodio fundido / Cloruro de calcio (47/53% en moles)	650	139 [41]
n- octano	20	21.80
Solución acuosa de cloruro de sodio 6,0  M	20	82,55
Sacarosa (55%) + agua	20	76,45
Agua	0	75,64
Agua	25	71,97
Agua	50	67,91
Agua	100	58,85
Tolueno	25	27,73

Galería de efectos

• Ruptura de una lámina de agua en movimiento que rebota en una cuchara.

• Foto de agua corriente adherida a una mano. La tensión superficial crea la lámina de agua entre el flujo y la mano.

• Una pompa de jabón equilibra las fuerzas de tensión superficial con la presión neumática interna .

• La tensión superficial evita que una moneda se hunda: la moneda es indiscutiblemente más densa que el agua, por lo que debe estar desplazando un volumen mayor que el propio para que la flotabilidad equilibre la masa.

• Una margarita. La totalidad de la flor se encuentra por debajo del nivel de la superficie libre (inalterada). El agua sube suavemente por su borde. La tensión superficial evita que el agua llene el aire entre los pétalos y posiblemente sumerja la flor.

• Un clip de metal flota en el agua. Por lo general, se pueden agregar varios con cuidado sin que se derrame el agua.

• Una moneda de aluminio flota en la superficie del agua a 10 ° C. Cualquier peso adicional haría caer la moneda al fondo.

• Un clip de metal flotando en el agua. Una rejilla frente a la luz ha creado las 'líneas de contorno' que muestran la deformación en la superficie del agua causada por el clip de metal.

Ver también

• Anti niebla
• Onda capilar : ondas cortas en la superficie del agua, gobernadas por la tensión superficial y la inercia.
• Efecto Cheerio : la tendencia de los pequeños objetos flotantes humectables a atraerse entre sí.
• Cohesión
• Números adimensionales
  • Número de bono o número de Eötvös
  • Número capilar
  • Número de Marangoni
  • Número de Weber
• Banco de datos de Dortmund : contiene tensiones superficiales experimentales dependientes de la temperatura
• Fuerza electrodipping
• Electrohumectación
• Electrocapilaridad
• Regla de Eötvös : una regla para predecir la tensión superficial en función de la temperatura
• Tubo de fluido
• Equilibrio hidrostático: el efecto de la gravedad que hace que la materia adopte una forma redonda.
• Interfaz (química)
• Menisco : curvatura de la superficie formada por un líquido en un recipiente.
• Corazón que late de mercurio : una consecuencia de la tensión superficial no homogénea
• Microfluidos
• Técnica de gota sésil
• Sow-Hsin Chen
• Energía superficial específica : igual que la tensión superficial en materiales isotrópicos.
• Método de gota giratoria
• Método estalagmométrico
• Presión superficial
• Ciencia de superficie
• Biomiméticos de tensión superficial
• Valores de tensión superficial
• Tensioactivos : sustancias que reducen la tensión superficial.
• Ecuación de Szyszkowski : cálculo de la tensión superficial de soluciones acuosas
• Lágrimas de vino : fenómeno inducido por la tensión superficial que se observa en los lados de los vasos que contienen bebidas alcohólicas.
• Longitud de Tolman : término principal en la corrección de la tensión superficial para superficies curvas.
• Mojar y deshumedecer

Notas

1. En un barómetro de mercurio , la superficie superior del líquido es una interfaz entre el líquido y un vacío que contiene algunas moléculas de líquido evaporado.

Referencias

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Enlaces externos

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• Sobre la tensión superficial y casos interesantes del mundo real
• Tensiones superficiales de varios líquidos
• Cálculo de tensiones superficiales dependientes de la temperatura para algunos componentes comunes
• Calculadora de tensión superficial para soluciones acuosas que contienen los iones H ⁺ , NH⁺
  ₄, Na ⁺ , K ⁺ , Mg ²⁺ , Ca ²⁺ , SO²⁻
  ₄, NO^-
  ₃, Cl ^- , CO²⁻
  ₃, Br ^- y OH ^- .
• T. Proctor Hall (1893) Nuevos métodos para medir la tensión superficial en líquidos , Revista filosófica (serie 5, 36: 385–415), enlace de la Biblioteca del patrimonio de la biodiversidad .
• The Bubble Wall (presentación de diapositivas de audio del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético que explica la cohesión, la tensión superficial y los enlaces de hidrógeno)
• C. Pfister: Interfaz de energía libre. Scholarpedia 2010 (desde los primeros principios de la mecánica estadística)
• Fundamentos de la tensión superficial e interfacial
• Tensión superficial e interfacial
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