La tensión superficial y la energía superficial son medidas de fuerzas intermoleculares que forman un material. Debido a estas fuerzas intermoleculares, una superficie líquida siempre está siendo empujada hacia adentro. Si uno es estirar la superficie, se debe trabajar para superar las fuerzas intermoleculares. La tensión en la superficie de un líquido y la cantidad de trabajo necesario para estirar esa superficie se pueden medir: y estas mediciones corresponden a la tensión superficial y la energía de la superficie. los diferencia principal entre la tensión superficial y la energía superficial es que La tensión superficial mide la fuerza por unidad de longitud de la superficie. mientras la energía de la superficie mide la cantidad de trabajo que se necesita hacer por unidad de área para estirarla.
Considere una muestra de líquido en un recipiente. El líquido se mantiene unido por las fuerzas intermoleculares cohesivas entre las moléculas que forman el líquido. Una molécula dentro del contenedor está siendo arrastrada en todas direcciones por las otras moléculas que lo rodean. Sin embargo, si considera las moléculas en la superficie superior, las moléculas debajo de ellas aún las están tirando hacia abajo, pero no hay moléculas líquidas sobre ellas para tirar de ellas hacia arriba. Esto significa que hay una fuerza neta hacia abajo sobre estas moléculas. Como resultado, toda la superficie del líquido es empujada hacia adentro. Es esta fuerza interna sobre las superficies la que hace que los líquidos formen gotas aproximadamente esféricas cuando están libres..
Las moléculas en la superficie de un líquido están expuestas a fuerzas cohesivas desde debajo de ellas. Esto hace que las superficies líquidas sean empujadas hacia adentro..
La tensión superficial hace que el agua forme gotitas esféricas..
La superficie del líquido actúa como una membrana bajo tensión. Tensión superficial Se puede cuantificar como la fuerza. actuando por unidad de longitud de la superficie:
Aquí, la fuerza. Actúa paralela a la superficie del líquido y Es la longitud sobre la que actúa la fuerza. Por ejemplo, imagina tirar una película de líquido y estirarla. Esto se muestra en el siguiente diagrama:
Tensión superficial sobre una película de líquido.
Aquí, la fuerza. tira de la membrana que se muestra en azul oscuro, estirando la película líquida. Puesto que hay dos superficies En la película (superficies superior e inferior), la longitud total es . Esto significa que para esta película,
Debido a las fuerzas intermoleculares entre las moléculas, es necesario trabajar en una superficie para estirarla. La superficie gana una cantidad de energía igual al trabajo que se realizó en la superficie. Energia superficial se refiere a la cantidad de energía requerida por unidad de área para estirarla. Para la película de líquido de arriba, suponga que la membrana se tira a través de una distancia . Entonces, el trabajo realizado es . El aumento en el área de la superficie está dado por . Entonces, la energía superficial es dado por:
Tensión superficial mide la fuerza aplicada en paralelo a una superficie aplicada por unidad de longitud.
Energia superficial mide la energía requerida por unidad de área para crear una nueva superficie.
Imagen de cortesía
"Wasser in Tropfen und an der Phasengrenze" por Usuario: Booyabazooka (Trabajo propio) [Dominio público], a través de Wikimedia Commons
"Este diagrama ilustra la fuerza necesaria para aumentar el área de superficie ..." por Rudolf.hellmuth (Trabajo propio) [CC BY-SA 3.0], a través de Wikimedia Commons (Modificado)
"Gotitas de agua en la hoja de loto" por aotaro (Trabajo propio) [CC BY 2.0], a través de flickr