El jabón liquido vs la tensión superficial del agua

El jabón líquido vs La tensión Superficial del agua

Introducción

¿Qué sucede cuando una persona intenta realizar un clavado en la piscina, pero calcula mal y termina tirándose en ella con el cuerpo totalmente horizontal? Quienes están alrededor pueden escuchar un fuerte “splash” y ver como el agua sale salpicada fuera de ella, mientras que quien intentó hacer el clavado sale de la piscina con ligero dolor en el pecho y abdomen. ¿Por qué si el agua es un elemento líquido y la densidad del cuerpo humano es mayor a la de ese elemento puede generarnos dolor aunque sea algo mínimo? Sencillo, es a causa de la tensión que hay en la superficie del agua. Quienes practican natación saben de primera mano que para realizar un clavado deben romper con esa tensión primero con las manos, o la punta de los pies, para que luego el resto de cuerpo pueda entrar fácilmente al agua y no sufra de golpes.

Es esa tensión la que permite que en muchos casos los objetos puedan flotar sobre el agua, y aparte de la técnica de clavados de la que se mencionó anteriormente, hay otras formas o cosas que afectan esa tensión, como lo es el jabón líquido. Por ello, queremos demostrar a través de un experimento dividido en dos partes, la relación que existe entre el jabón líquido y la tensión de la superficie del agua y cuál es la explicación física de la reacción que resulta cuando ambos se mezclan.

Objetivo general

Conocer de qué manera el jabón líquido o el detergente afecta la tensión que se forma en la superficie del agua.

Marco teórico

Tensión superficial según la física:

La tensión superficial es un término que solo se aplica sobre las superficies de un líquido porque es una forma de medir la cohesión que existe entre las moléculas de ese líquido. La cohesión no es más que la atracción que existe entre moléculas y que mantiene unidas las partículas de una sustancia. Todas las moléculas que componen una sustancia líquida interaccionan de alguna forma entre ellas y se atraen.

Cuando nos encontramos sobre la superficie del líquido las moléculas que están justo debajo de la superficie sienten esa atracción sólo por las moléculas que tienen a los lados y hacia abajo, pero en la parte superior no tienen más moléculas, sólo la superficie. Como resultado, estas moléculas sienten una fuerza que las estira hacia abajo, hacia el interior del líquido, y no hacia arriba, pues como se había mencionado, en la parte superior no hay moléculas.

En física, la tensión superficial se define como la cantidad de energía necesaria para incrementar la superficie de un líquido y contrarrestar esa fuerza de atracción hacia el interior. Otra forma de verlo es imaginarse que la tensión superficial es lo que impide que algo se sumerja en el líquido, esa fuerza que hay que superar para atravesar un líquido.

[pic 1]

Imagen tomada de https://hernanleon1002.wordpress.com/fisica-de-fluidos-y-termodinamica/segundo-corte/marco-teorico/tension-superficial/

Un claro ejemplo de lo anterior mencionado son los mosquitos. Algunos insectos pueden caminar sobre el agua debido a que su peso no les hace atravesar la superficie ya que no tienen la suficiente fuerza como para romper esa cohesión que existe entre las moléculas, es por esto que vemos como los mosquitos pueden desplazarse por la superficie del agua.

Sin embargo, la tensión superficial depende de la naturaleza de cada líquido, del entorno que lo rodea y de la temperatura, y no siempre es igual. Cuando aplicamos calor sobre un líquido y aumenta su temperatura, la tensión superficial disminuye debido a que las fuerzas de cohesión también disminuyen. Dicho esto, a continuación hay algunos ejemplos de la tensión superficial de algunos líquidos a 20ºC, los cuales están medidos con unidades de tensión superficial en J/m2 o en N/m (Julio por metro cuadrado), siendo el agua el líquido con mayor valor.

[pic 2]

Imagen tomada de https://cienciatoday.com/que-es-la-tension-superficial/

Para poder romper dichas fuerzas intermoleculares en la superficie del agua, o en pocas palabras, para romper la tensión superficial, es necesario utilizar sustancias  tensoactivas como son los detergentes o jabones, cuyas moléculas intentan evitar estar alrededor de las moléculas de agua. Esto es conocido como hidrofobia o temor al agua. Al intentar alejarse de las moléculas de agua, los extremos hidrofóbicos de las moléculas de detergente empujan hacia arriba, donde está la superficie. Esto debilita los enlaces de hidrógeno que mantienen las moléculas de agua juntas en la superficie. El resultado es un quiebre en la tensión superficial del agua.

...