Diferencia entre capilaridad y tensión superficial
Tema: ciencia.
La tensión superficial es la fuerza que hace que la superficie de un líquido resista romperse, como una membrana elástica; la capilaridad es el ascenso o descenso de ese líquido dentro de un tubo muy fino, por efecto de la adhesión a sus paredes.
La tensión superficial actúa en cualquier superficie libre del líquido; la capilaridad solo aparece cuando ese líquido está en contacto con un conducto estrecho.
Tabla comparativa: capilaridad y tensión superficial
| Tensión superficial | Capilaridad | |
|---|---|---|
| Qué es | Fuerza por unidad de longitud que resiste romper la superficie libre de un líquido. | Ascenso o descenso de un líquido dentro de un tubo o conducto muy estrecho. |
| Causa principal | Cohesión entre las moléculas del líquido. | Combinación de cohesión (líquido-líquido) y adhesión (líquido-superficie). |
| Dónde se manifiesta | En cualquier superficie libre de un líquido, con o sin recipiente estrecho. | Solo dentro de tubos finos, papel poroso o materiales con poros pequeños. |
| Unidad en el SI | Newton por metro (N/m). | No tiene unidad propia; se mide en la altura alcanzada, en metros. |
| Ejemplo típico | Un insecto que camina sobre el agua sin hundirse. | El agua que sube por un tubo de vidrio muy fino o por el papel secante. |
Qué es la tensión superficial
La tensión superficial es la fuerza, por unidad de longitud, con que las moléculas de la superficie de un líquido se atraen entre sí. En el interior del líquido, cada molécula está rodeada de otras por todos lados y las fuerzas de cohesión se compensan; en la superficie, en cambio, las moléculas solo tienen vecinas a los lados y por debajo, así que la fuerza neta las empuja hacia el interior, y la superficie se comporta como una lámina elástica en tensión. El agua tiene una tensión superficial relativamente alta, de unos 0,072 N/m a 20 °C, muy superior a la de la mayoría de los disolventes orgánicos.
Esta fuerza explica que una gota de agua tienda a adoptar forma esférica, que sea posible depositar con cuidado una aguja metálica sobre la superficie del agua sin que se hunda, o que insectos como el zapatero (Gerridae) puedan desplazarse sobre el agua apoyando su peso en esa película superficial.
Qué es la capilaridad
La capilaridad es el fenómeno por el que un líquido sube o baja dentro de un tubo de diámetro muy pequeño (un tubo capilar), en comparación con el nivel que tendría en un recipiente amplio. Ocurre cuando actúan a la vez dos fuerzas: la adhesión entre el líquido y las paredes del tubo, y la cohesión entre las moléculas del propio líquido. Si la adhesión es mayor que la cohesión, como en el agua dentro de un tubo de vidrio, el líquido moja las paredes, forma un menisco cóncavo y asciende; si la cohesión es mayor, como en el mercurio, el líquido forma un menisco convexo y desciende respecto al nivel exterior.
Cuanto más estrecho es el tubo, mayor es el ascenso o el descenso capilar, porque la fuerza debida a la tensión superficial actúa sobre un perímetro pequeño en relación con el peso de líquido que tiene que sostener. La capilaridad depende, por tanto, tanto de la tensión superficial del líquido como del radio del tubo y de la afinidad entre el líquido y el material de las paredes.
Ejemplos que muestran la diferencia
El agua sube varios centímetros por un tubo de vidrio muy fino gracias a la capilaridad, un efecto que no se observa en un vaso ancho, donde solo se nota la tensión superficial en el borde.
La tensión superficial permite que una gota de rocío mantenga forma esférica sobre una hoja, sin que exista ningún tubo estrecho implicado.
En las plantas, el agua asciende por los vasos muy finos del xilema en parte por capilaridad, un fenómeno que depende de la tensión superficial pero que necesita además el conducto estrecho para manifestarse.
Cuándo usar cada término
- Usa tensión superficial para describir la resistencia de la superficie libre de un líquido a romperse, sin que intervenga ningún tubo o conducto estrecho.
- Usa capilaridad cuando el fenómeno ocurra específicamente dentro de un tubo fino, un material poroso o un espacio muy estrecho.
- Recuerda que la capilaridad no existe sin tensión superficial: es una de sus causas, pero no la única, porque también depende de la adhesión al material.
Preguntas frecuentes
¿La capilaridad puede darse sin tensión superficial?
No. La tensión superficial es una de las dos fuerzas que producen la capilaridad, junto con la adhesión entre el líquido y las paredes del tubo. Sin tensión superficial, el líquido no formaría el menisco necesario para que el efecto capilar se produzca.
¿Por qué el mercurio baja en un tubo capilar en vez de subir?
Porque en el mercurio la cohesión entre sus propias moléculas es mayor que la adhesión hacia el vidrio: el líquido «prefiere» mantenerse unido a sí mismo antes que mojar las paredes, forma un menisco convexo y su nivel dentro del tubo queda por debajo del nivel exterior.
¿En qué unidades se mide la tensión superficial?
En el Sistema Internacional se expresa en newton por metro (N/m), aunque también es habitual verla en dinas por centímetro en textos más antiguos. La del agua es de aproximadamente 0,072 N/m a 20 °C.