A primera vista, el sentido común podría hacernos pensar que
lo más normal sería que las gotas de agua, al igual que pasa con cantidades más
grandes de agua, deberían tender a esparramarse
en la superficie en la que se encuentran. Igual que cuando derramamos un vaso de
agua esta se esparce incómodamente y llega a gotear en el suelo. Nunca hemos
derramado un vaso de agua y se ha quedado en la mesa con forma de bola de cristal. Sin embargo, cuando el agua
se presenta en cantidades pequeñas, como las gotas, sí adopta esta forma tan
curiosa. ¿Por qué pasa esto? ¿Qué es lo que hace que le ocurra esto a las gotas
de agua?
Quiero destacar que he especificado de agua precisamente porque no todas las gotas de cualquier
sustancia tienen una forma tan esférica (y porque el agua es la sustancia más común y fácil de visualizar para todos). Digamos que unas sustancias son más propensas que otras a sufrir este efecto.
De hecho, en el caso del agua, no es la sustancia en la que se da este efecto
de forma más acusada.
La propiedad responsable de esto es la llamada tensión superficial del agua. Cada sustancia tiene su valor en términos de tensión superficial y en esto también influye la temperatura, que por lo general es directamente proporcional a ella. Es decir, que la tensión superficial tiende a disminuir con la temperatura y viceversa.
Pero, ¿qué es la tensión superficial?
Pero, ¿qué es la tensión superficial?
Las moléculas en el agua se atraen entre ellas de igual
manera, unas entre otras, y de esta forma se consigue cierto equilibrio entre
ellas. Digamos que cada molécula de agua siente la misma atracción hacia todos
lados, anulándose. Sin embargo, si nos vamos hacia la superficie, las moléculas de agua que
están en la parte más superior reciben la atracción de las moléculas que están
a sus lados y debajo de ellas. De esta forma tienden a agarrarse más fuerte
entre ellas mientras que las moléculas que están debajo tiran de ellas hacia
dentro. Se forma así como una especie de película superficial que cubre el agua
que está en el interior.
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| En esta imagen represento en naranja las fuerzas a las que se somete cada molécula de agua |
El enlace que se encarga de unir estas moléculas entre sí es
el puente de hidrógeno. Ocurre porque, como sabemos, el agua se compone de un
átomo de oxígeno, el cual es electronegativo, y dos átomos de hidrógeno,
electropositivos. Gracias a esta polaridad, un átomo de oxígeno de una molécula
se verá atraído por uno de hidrógeno de otra. Son un tipo de enlace débil y que
se rompe con facilidad. Pero muchos de estos enlaces juntos pueden llegar a ser
muy fuertes.
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| Unión entre moléculas de agua mediante el puente de hidrógeno |
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| En esta imagen (fuente aquí) se aprecian muy bien los puentes de hidrógeno (especialmente en la imagen b) en un compuesto orgánico. |
De hecho, es gracias a esta propiedad que muchos seres vivos pequeños son capaces de posarse en el agua sin llegar a hundirse, como el famoso bicho zapatero o Gerris lacustris (que hasta hoy yo lo conocía como bicho Yisus). De igual manera las avispas, abejas y otros insectos voladores quedan en verano pegados a la superficie del agua de la piscina sin llegar a hundirse, mientras mueven sus patitas en un intento inútil de escapar y nos toca quitarlos con la red de la piscina.
Agua en gravedad cero
En este vídeo (a partir del minuto 1:42 para los impacientes) se pueden apreciar muy bien los efectos de la tensión
superficial del agua en la Estación Espacial Internacional, donde están
sometidos a un ambiente de ingravidez (aunque es más correcto el término «microgravedad» ya que no hay gravedad cero, aunque estamos acostumbrados a llamarlo así). Al haber tan poca gravedad el agua tiende
a pegarse a la mano del astronauta y básicamente a todo con lo que entra en
contacto, en lugar de caer hacia abajo como estamos acostumbrados.
Y en este otro, la astronauta Karen Nyberg enseña cómo se las
apaña para lavarse el pelo cuando está en el espacio. Gracias a su tensión superficial el agua es un líquido pegajoso y elástico, así que es relativamente fácil que se pegue a su pelo y facilita la tarea.
Tensión superficial en el mercurio
La tensión superficial se mide en milinewtons por metro (mN·m⁻¹). El agua, a una temperatura de 20ºC, presenta una tensión superficial de 72.86mN·m⁻¹.
Aunque el agua tiene un a tensión superficial muy alta no es la sustancia con mayor tensión superficial ni mucho menos. En el caso del mercurio el índice la supera con creces.
¿Alguna vez se os ha caído un termómetro de mercurio al suelo dejando todo perdido de bolitas metálicas? A mí sí, de hecho limpiarlo es un percal. El mercurio tiene una tensión superficial de nada menos que 486.5 mN·m⁻¹ de ahí que se presente en forma de «bolitas». Pero es mejor no tocarlas, porque es altamente tóxico. En esta entrada hablo un poco de su toxicidad y algunas curiosidades sobre este elemento.
Además, la tensión superficial es importante para la vida en nuestro planeta, y de hecho, sin esta propiedad posiblemente no habría podido surgir ya que proporciona capilaridad. Esto significa que gracias a esta capilaridad el agua es capaz de filtrarse por las raíces de las plantas y por los vasos sanguíneos transportando fácilmente los nutrientes a través de ellos.
Es decir, si no fuese por esta propiedad la vida probablemente no existiría en la Tierra o como mucho se habría desarrollado de una forma muy diferente a como la conocemos. No existirían plantas, ni los animales, ni nosotros mismos.
¿Alguna vez se os ha caído un termómetro de mercurio al suelo dejando todo perdido de bolitas metálicas? A mí sí, de hecho limpiarlo es un percal. El mercurio tiene una tensión superficial de nada menos que 486.5 mN·m⁻¹ de ahí que se presente en forma de «bolitas». Pero es mejor no tocarlas, porque es altamente tóxico. En esta entrada hablo un poco de su toxicidad y algunas curiosidades sobre este elemento.
Tensión superficial en el alcohol
En el caso del alcohol, sin embargo, la tensión superficial
es mucho más baja. Por ejemplo, en el etanol es de unos 22.39 mN·m⁻¹ (a una temperatura de 20ºC). Si
echásemos en un portaobjetos una gota de agua, al verla desde un lateral se vería
su característica forma redondeada. Pero si a esa gota de agua le echásemos un
poco de alcohol éste provocaría la rotura de su tensión superficial y como
consecuencia se esparramaría en el portaobjetos, perdiendo esa forma
redondeada.
Para que sea más sencillo de entender, me tomé la libertad de hacerlo en dos portaobjetos de cristal. Al verlos de perfil (en la primera imagen) se puede ver muy bien la forma redondeada del agua, mientras que el alcohol es apenas perceptible.
Viéndolo desde arriba se ve mejor la gota de alcohol y como se esparce por la superficie irregularmente.
Para que sea más sencillo de entender, me tomé la libertad de hacerlo en dos portaobjetos de cristal. Al verlos de perfil (en la primera imagen) se puede ver muy bien la forma redondeada del agua, mientras que el alcohol es apenas perceptible.
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| Gota de alcohol (izquierda) y gota de agua (derecha) en portaobjetos, vistas desde un lateral. |
Viéndolo desde arriba se ve mejor la gota de alcohol y como se esparce por la superficie irregularmente.
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| Mismas gotas de alcohol y agua vistas desde arriba. |
En el siguiente vídeo se puede ver con más detalle la
diferencia de tensión superficial entre estas dos sustancias y cómo se comporta cada una al echar gotas en una moneda.
Además, la tensión superficial es importante para la vida en nuestro planeta, y de hecho, sin esta propiedad posiblemente no habría podido surgir ya que proporciona capilaridad. Esto significa que gracias a esta capilaridad el agua es capaz de filtrarse por las raíces de las plantas y por los vasos sanguíneos transportando fácilmente los nutrientes a través de ellos.
Es decir, si no fuese por esta propiedad la vida probablemente no existiría en la Tierra o como mucho se habría desarrollado de una forma muy diferente a como la conocemos. No existirían plantas, ni los animales, ni nosotros mismos.
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