Capilaridad y Tensión superficial
Sea S la superficie libre de un líquido, en equilibrio con su vapor, conforme ilustramos en la figura a continuación:
Una molécula A cuya esfera de acción es toda interna al líquido aplica/experimenta, por parte de las moléculas vecinas fuerzas de cohesión actuando igualmente en todas direcciones y cuya resultante es nula.
En una molécula B de la cual la esfera de acción presenta una cúpula fuera del líquido, las fuerzas de cohesión determinan una resultante dirigida hacia dentro del líquido, pues no existen fuerzas de cohesión equilibrantes de aquellas ejercidas por las moléculas de la esfera de acción contenidas en el segmento esférico simétrico al que queda fuera del líquido (en relación al centro).
Esta fuerza resultante de cohesión es máxima para moléculas que como C, se sitúan en la propia superficie libre.
Estas fuerzas de cohesión tienden a arrastrar las moléculas superficiales hacia el interior del líquido; ellas son equilibradas por fuerzas de repulsión aplicadas por las moléculas subyacentes, y que así sustentan las moléculas superficiales.
La presión con que las moléculas superficiales comprimen las subyacentes, debido a las fuerzas de cohesión es denominada presión de cohesión.
En el campo de las fuerzas de cohesión Fc, cada molécula superficial posee energía potencial, igual al trabajo que la fuerza Fc realiza cuando la molécula es elevada de la superficie al interior del líquido, es igual también al trabajo que un operador debe realizar para llevar una molécula desde el interior a la superficie libre.
Al desplazarse una molécula desde el interior hacia la superficie libre, resultan dos efectos simultáneos, a saber: aumenta la superficie libre del líquido y aumenta la energía potencial de cohesión de las moléculas superficiales.
Como sabemos, toda configuración de equilibrio estable corresponde a un mínimo de energía potencial del sistema. Considerando solo el campo de las fuerzas de cohesión, se concluye de allí que la superficie libre de un líquido tiende a adquirir la forma en que debiendo ser mínima la energía potencial de cohesión es mínima su área.
Comprendemos entonces que las fuerzas de cohesión originan en la superficie del líquido fuerzas tangenciales que actúan en el sentido de contraer la superficie libre, esta se comporta como membrana contráctil.
Conforme ilustramos debajo, sea AB un segmento de recta en la superficie libre de un líquido. En cada punto de este segmento, la película superficial ejerce una fuerza en la propia superficie y normal al segmento. Se entiende por tensión superficial T, a la fuerza de cohesión superficial por unidad de medida de la línea en la cual ella se aplica.
Las unidades de tensión superficial obedecen a la fórmula general:
Unidad de tensión superficial = unidad de fuerza/unidad de longitud
La tensión superficial es también denominada cohesión específica o constante de capilaridad; ella depende de la naturaleza del líquido, por tanto, ella disminuye a medida que la temperatura se eleva y se anula a temperatura crítica.
Veamos algunos valores de Tensión superficial para algunas sustancias:
