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Contenido 1 INTRODUCCION: .................................................................................................................... 2

2 OBJETIVOS: ............................................................................................................................ 3

2.1 GENERAL. ....................................................................................................................... 3

2.2 ESPECIFICO. ................................................................................................................... 3

3 TENSION SUPERFICIAL: .......................................................................................................... 3

3.1 CONCEPTO: .................................................................................................................... 3

3.2 PROPIEDADES: ............................................................................................................... 4

3.3 MEDIDA DE LA TENSION SUPERFICIAL: ......................................................................... 5

3.3.1 MÉTODOS ESTÁTICOS: LA SUPERFICIE SE MANTIENE CON EL TIEMPO ................ 5

3.3.2 MÉTODOS DINÁMICOS: LA SUPERFICIE SE FORMA O RENUEVA

CONTINUAMENTE ................................................................................................................. 5

3.4 TENSIÓN SUPERFICIAL DE ALGUNOS LÍQUIDOS PUROS EN CONTACTO CON EL AIRE O

CON SU PROPIO VAPOR. ........................................................................................................... 6

3.5 TENSIÓN SUPERFICIAL DEL AGUA: ................................................................................ 7

4 CAPILARIDAD: ........................................................................................................................ 8

4.1 CONCEPTO: .................................................................................................................... 8

4.2 TUBO CAPILAR: .............................................................................................................. 9

4.3 LEY DE LURIN: .............................................................................................................. 10

4.4 ÁNGULO DE CONTACTO: ........................................................................................... 10

5 CONCLUSIONES: .................................................................................................................. 12

6 BIBLIOGRAFÍA: ..................................................................................................................... 13

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TENSION SUPERFICIAL Y CAPILARIDAD

1 INTRODUCCION:

El presente trabajo monográfico presenta un análisis detallado de los temas de

tensión superficial y capilaridad; La tensión superficial se debe a que las fuerzas

que afectan a cada molécula son diferentes en el interior del líquido y en la

superficie. Así, en el seno de un líquido cada molécula está sometida a fuerzas de

atracción que en promedio se anulan. Esto permite que la molécula tenga una

energía bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el

interior del líquido. Rigurosamente, si en el exterior del líquido se tiene un gas,

existirá una mínima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta

fuerza es despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre el líquido y

gas.

Otra manera de verlo es que una molécula en contacto con su vecina está en un

estado menor de energía que si no estuviera en contacto con dicha vecina. Las

moléculas interiores tienen todas las moléculas vecinas que podrían tener, pero las

partículas del contorno tienen menos partículas vecinas que las interiores y por

eso tienen un estado más alto de energía. Para el líquido, el disminuir su estado

energético es minimizar el número de partículas en su superficie.

Energéticamente, las moléculas situadas en la superficie tiene una mayor energía

promedio que las situadas en el interior, por lo tanto la tendencia del sistema será

disminuir la energía total, y ello se logra disminuyendo el número de moléculas

situadas en la superficie, de ahí la reducción de área hasta el mínimo posible.

Como resultado de minimizar la superficie, esta asumirá la forma más suave que

pueda ya que está probado matemáticamente que las superficies minimizan el área

por la ecuación de Euler-LaGrange. De esta forma el líquido intentará reducir

cualquier curvatura en su superficie para disminuir su estado de energía de la

misma forma que una pelota cae al suelo para disminuir su potencial gravitacional.

El alumno.

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2 OBJETIVOS:

2.1 GENERAL. Conocer teóricamente los conceptos básicos sobre tensión superficial y capilaridad.

2.2 ESPECIFICO. Diferenciar la tensión superficial de agua con de mercurio.

Diferenciar desde el punto de vista físico entre tensión superficial y capilaridad.

3 TENSION SUPERFICIAL:

3.1 CONCEPTO:

La tensión superficial es la propiedad que poseen las superficies de los líquidos, por la

cual parecen estar cubiertos por una delgada membrana elástica en estado de tensión.

En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía

necesaria para aumentar su superficie por unidad de área.1 Esta definición implica que

el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a

algunos insectos, como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del

agua sin hundirse. La tensión superficial (una manifestación de las fuerzas

intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las

superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como

efecto tiene la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de

contacto con un sólido.

Otra posible definición de tensión superficial: es la fuerza que actúa tangencialmente

por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un líquido en equilibrio y

que tiende a contraer dicha superficie. Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un

líquido, son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial.

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3.2 PROPIEDADES:

La tensión superficial suele representarse mediante la letra griega (gamma), o mediante (sigma). Sus unidades son de N·m-1=J·m-2=Kg/s2=Dyn/cm (véase análisis dimensional).

Algunas propiedades de :

> 0, ya que para aumentar el estado del líquido en contacto hace falta llevar más moléculas a la superficie, con lo cual disminuye la energía del sistema y es

o la cantidad de trabajo necesario para llevar una molécula a la superficie.

depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto que, en general, será un líquido y un sólido. Así, la tensión superficial será igual por ejemplo para agua en contacto con su vapor, agua en contacto con un gas inerte o agua en contacto con un sólido, al cual podrá mojar o no (véase capilaridad) debido a las diferencias entre las fuerzas cohesivas (dentro del líquido) y las adhesivas (líquido-superficie).

se puede interpretar como un fuerza por unidad de longitud (se mide en N·m-1). Esto puede ilustrarse considerando un sistema bifásico confinado por un pistón móvil, en particular dos líquidos con distinta tensión superficial, como podría ser el agua y el hexano. En este caso el líquido con mayor tensión superficial (agua) tenderá a disminuir su superficie a costa de aumentar la del hexano, de menor tensión superficial, lo cual se traduce en una fuerza neta que mueve el pistón desde el hexano hacia el agua.

El valor de depende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno del líquido. De esta forma, cuanto mayor sean las fuerzas de cohesión del líquido, mayor será su tensión superficial. Podemos ilustrar este ejemplo considerando tres líquidos: hexano, agua y mercurio. En el caso del hexano, las fuerzas intermoleculares son de tipo fuerzas de Van der Waals. El agua, aparte de la de Van der Waals tiene interacciones de puente de hidrógeno, de mayor intensidad, y el mercurio está sometido al enlace metálico, la más intensa de las tres. Así, la de cada líquido crece del hexano al mercurio.

Para un líquido dado, el valor de disminuye con la temperatura, debido al aumento de la agitación térmica, 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 crítica Tc del compuesto. En este punto, el líquido es indistinguible del vapor, formándose una fase continua donde no existe una superficie definida entre ambos, desapareciendo las dos fases. Al haber solamente una fase, la tensión superficial vale 0.

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3.3 MEDIDA DE LA TENSION SUPERFICIAL:

3.3.1 MÉTODOS ESTÁTICOS: LA SUPERFICIE SE MANTIENE CON EL TIEMPO

Método del anillo de Noüy: Calcula la F necesaria para separar de la superficie del

líquido un anillo. F=\scriptstyle\gamma4πR (siendo R el promedio del radio externo e

interno del anillo.

Método del platillo de Wilhelmy: Medida de la F para separar la superficie de una

delgada placa de vidrio. Precisión de 0,1%.

3.3.2 MÉTODOS DINÁMICOS: LA SUPERFICIE SE FORMA O RENUEVA CONTINUAMENTE

Tensiómetro (Método de presión de burbuja): En un líquido a T cte se introduce un

capilar de radio R conectado a un manómetro. Al introducir gas se va formando una

burbuja de radio r a medida que aumenta la P en el manómetro. Al crecer r disminuye

hasta un mínimo, r=R y después vuelve a aumentar. Esto hace posible su uso en

ambos, laboratorios de investigación y desarrollo, así como monitoreo del proceso

directamente en la planta.

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3.4 TENSIÓN SUPERFICIAL DE ALGUNOS LÍQUIDOS PUROS EN

CONTACTO CON EL AIRE O CON SU PROPIO VAPOR.

líquido t (°C) ρ (g/cm3) σ (dyn/cm)

aceite de oliva 20. 0.918 32.0

acetona 20. 0.7889 3.70

ácido clorhídrico (38%) 20. 65.75

ácido nítrico (99%) 11.9 1.503 42.7

ácido sulfúrico (99%) 20. 1.841 55.1

agua 0.

20. 60. 100.

0.9990

0.9982 0.9832 0.9584

75.6

72.75 66.18 58.9

alcohol etílico* 20. 0.791 22.75

benceno 20. 0.899 28.85

cobre 1130. 7.92 1100.

disolución jabonosa 20. 1.000 25.0

éter etílico* 20. 17.01

glicerina 20. 1.260 63.4

helio* -269. 0.12

hidrógeno* -255. 2.31

mercurio 20.

70.

13.546 465.

423.

neón -248. 5.50

oro 1070. 17.24 1000.

oxígeno* -183. 13.2

plata 970. 9.32 800.

tetracloruro de carbono 20. 1.5867 26.95

tolueno 20. 0.8669 28.50

yoduro de metileno 20. 3.3254 50.76

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3.5 TENSIÓN SUPERFICIAL DEL AGUA:

La tensión superficial del agua es 72 dinas/cm a 25°C. Sería necesaria una fuerza

de 72 dinas para romper una película de agua de 1 cm. de larga.

La tensión superficial del agua, disminuye significativamente con la temperatura.

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4 CAPILARIDAD:

4.1 CONCEPTO:

La capilaridad es un proceso de los fluidos

que depende de su tensión superficial la

cual, a su vez, depende de la cohesión del

líquido y que le confiere la capacidad de

subir o bajar por un tubo capilar.

Cuando un líquido sube por un tubo capilar,

es debido a que la fuerza intermolecular o

cohesión intermolecular entre sus moléculas

es menor que la adhesión del líquido con el

material del tubo; es decir, es un líquido que

moja. El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el

peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y esta propiedad es la que

regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la

gravedad.

Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que

la adhesión al capilar, como el caso del mercurio, la tensión superficial hace que el

líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa.

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4.2 TUBO CAPILAR:

La masa líquida es directamente proporcional al cuadrado del

diámetro del tubo, por lo que un tubo angosto succionará el líquido

en una longitud mayor que un tubo ancho. Así, un tubo de vidrio de

0,1 mm de diámetro levantará una columna de agua de 30 cm.

Cuanto más pequeño es el diámetro del tubo capilar mayor será la

presión capilar y la altura alcanzada. En capilares de 1 µm

(micrómetro) de radio, con una presión de succión 1,5 × 103 hPa

(hectopascal = hPa = 1,5 atm), corresponde a una altura de columna

de agua de 14 a 15 m.

Dos placas de vidrio que están separadas por una película de agua

de 1 µm de espesor, se mantienen unidas por una presión de

succión de 1,5 atm. Por ello se rompen los portaobjetos humedecidos al intentar

separarlos.

Entre algunos materiales, como el mercurio y el vidrio, las fuerzas intermoleculares del

líquido exceden a las existentes entre el líquido y el sólido, por lo que se forma un

menisco convexo y la capilaridad trabaja en sentido inverso.

Las plantas succionan agua subterránea del terreno por capilaridad, aunque las plantas

más grandes requieren de la transpiración para desplazar la cantidad necesaria.

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4.3 LEY DE LURIN:

La ley de Jurin define la altura que se alcanza cuando se equilibra el peso de la columna

de líquido y la fuerza de ascensión por capilaridad. La altura h en metros de una

columna líquida

4.4 ÁNGULO DE CONTACTO:

En las proximidades de una pared sólida, la superficie libre de un líquido sólo

excepcionalmente es plana y horizontal (Figura 30.15c). La sección del líquido por un

plano vertical tiene generalmente una de las dos formas indicadas en la Figura

30.15ab. Este fenómeno puede explicarse considerando, además de la superficie

interfasial líquido-gas, las superficies interfasiales sólido-líquido y sólido-gas. Con cada

una de estas tres superficies interfasiales, que están representadas esquemáticamente

en la Figura 30.14, se asocia la tensión superficial correspondiente.

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Valores representativos de algunos ángulos de contacto no nulos.

líquido

sólido

ángulo de

contacto

agua parafina

107

˚ yoduro de metileno

(CH2I2)

vidrio de sosa y cal

29˚

vidrio de plomo

30˚

vidrio Pirex

29˚

cuarzo fundido

33˚

mercurio

vidrio de sosa y cal

140˚

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5 CONCLUSIONES: La capilaridad es un proceso de los fluidos que depende de su tensión

superficial.

depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto que, en general,

será un líquido y un sólido.

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6 BIBLIOGRAFÍA:

Wikipedia

Mecánica de los fluidos .Octava Edición .Victor L Streeter , E. Benjamín Wyle

Mecánica de fluidos y Máquinas Hidráulicas .Segunda Edición .Claudio Mataix.