LÍQUIDOS Y SÓLIDOS

PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS

 

¿Qué impulsa la sabia desde las raices hasta la copa de los árboles?

¿Por qué la humedad sube desde el suelo por las paredes?

La mojabilidad es una propiedad muy importante. Los detergentes contienen tensioactivos que disminuyen la tensión superficial del agua y contribuyen a mejorar el mojado de la ropa. Es evidente que si la ropa no se moja no podrá limpiarse.

 

TENSIÓN SUPERFICIAL

En el interior del líquido las partículas son atraídas por fuerzas dirigidas en todas las direcciones, sin embargo, en la superficie solo se tira de ellas hacia abajo y hacia los lados. Esa circunstancia hace que la superficie del líquido se tense como si fuera una lámina elástica.

Entre las consecuencias de este fenómeno se encuentran la capilaridad, la fomación de gotas o la capacidad de mantener flotando algunos objetos sólidos más densos que el propio líquido.

Se define la tensión superficial como la energía (o trabajo) necesario para incrementar el área de un líquido venciendo las fuerzas intermoleculares. El agua es un líquido con una elevada tensión superficial porque entre sus moléculas hay fuertes interacciones dipolares y puentes de hidrógeno. Sin embargo, este fenómeno es general, y afecta a sustancias con moléculas apolares como, por ejemplo, el hexano o el benceno. En estas también hay fuerzas intermoleculares que provocan la atracción de las moléculas y, por tanto, es necesaria una cierta cantidad de energía para aumentar el área superficial.

En el "curso interactivo de Física por Ordenador" hay un interesante apartado dedicado a las propiedades de los fluidos. En él encontrará uno dedicado a la tensión superficial y su medida con actividades interactivas: Tensión superficial en los líquidos

La tensión superficial se suele medir con dos procedimientos diferentes, el de la placa de Wilhelmy y el del anillo de Du Noüy.

De acuerdo con el método de la placa de Wilhelmy, la tensión superficial se determina mediante la medida de la fuerza necesaria para sacar una placa de platino del seno de un líquido.

El resultado de la medida no depende del material de que esté hecha la placa siempre que este se moje por el líquido. La fuerza F ejercida sobre la placa a causa de su mojado es medida por una microbalanza y puede ser usada para calcular la tensión superficial del líquido. Para ello, previamente, hay que medir el ángulo de contacto y el perímetro de la placa (l).

El método del anillo Du Noüy es similar

En este caso la tensión superficial se calcula a partir del aumento de la fuerza necesaria para separar el anillo del líquido y del radio de este último.

INDICE

 

Fuerzas cohesivas y adhesivas

Las fuerzas cohesivas son las que tienen lugar en el seno del propio líquido (entre moléculas iguales), mantienen unido el cuerpo y como consecuencia tienden a provocar un área superficial mínima (las fuerzas cohesivas son las fuerzas intermoleculares, por ejemplo las fuerzas de Van der Waals). Las fuerzas adhesivas se establecen entre las moléculas del líquido y las del material con el que están en contacto. Al contrario que las cohesivas, las adhesivas tienden a provocar que el cuerpo se extienda (las fuerzas adhesivas son mecánicas o electrostáticas).

En las proximidades de la pared del recipiente, sobre las moléculas de la superficie del líquido se ejercen tres fuerzas: el peso (irá dirigido en la vertical), las fuerzas de cohesión con el resto de moléculas que las rodean (irá dirigida hacia el interior del fluido) y las fuerzas de adhesión con la superficie del recipiente (será horizontal, pero su sentido puede cambiar). La suma de las tres será la resultante. Dependiendo de la intensidad relativa de las fuerzas de adhesión y cohesión nos podemos encontrar dos casos: líquidos que mojan la superficie, en los que las fuerzas de adhesión son mayores que las de cohesión y líquidos que no mojan la superficie, en los que las fuerzas de cohesión son mayores que las de adhesión. En el primer caso, la fuerza resultante (siempre perpendicular a la superficie) tira de la superficie hacia el interior de la pared y da como resultado una superficie cóncava (caso del agua en un tubo de vidrio). En el segundo caso, la fuerza resultante tira de la superficie hacia el interior del líquido y da como resultado una superficie convexa (caso del mercurio en un tubo de vidrio).

 

Esto explica el fenómeno de la capilaridad (ascensión o descenso de un líquido por el interior de un tubo fino). Al formarse una superficie curva, se establece una diferencia de presión entre el interior del líquido y el exterior. De acuerdo con la ley de Laplace, la curvatura de la superficie provoca una sobrepresión hacia el centro del menisco que vale

En el caso del agua el líquido asciende por el tubo una altura h (ley de Jurin) que es proporcional a la tensión superficial e inversamente proporcional a la densidad del líquido y el radio del capilar.

La capilaridad se encuentra en el fundamento de muchos fenómenos habituales que nos rodean o que realizamos en los laboratorios. Por ejemplo, explica como la sabia se eleva desde las raíces hasta las copas de los árboles, o como sube la humedad por las paredes. También la cromatogafía en papel se basa en el fenómeno de la capilaridad

ÁNGULO DE CONTACTO

La mojabilidad de una superficie o un material se mide por medio del ángulo de contacto que forma una gota de líquido con él. Cuanto mayor es la mojabilidad menor es el ángulo de contacto. Como casos extremos diremos que un líquido moja una superficie si el ángulo de contacto es menor de 90 º. En caso contrario, si es mayor de 90º, diremos que el líquido no moja la superficie.

El balance entre las fuerzas de cohesión (en el líquido) y las fuerzas de adhesión (entre líquido y sólido) determina el ángulo de contacto.

Si la adhesión es más fuerte que la cohesión, el ángulo es inferior a 90º . El líquido moja, la superficie es hidrófila. Las moléculas del líquido tienden a interactuar más con las moléculas del sólido que entre ellas mismas.

Si la adhesión es más débil que la cohesión, el angulo es superior a 90º. El líquido no moja, la superficie es hidrófoba.