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ASPECTOS INICIALES

La tensión superficial de los líquidos

Este trabajo tiene como finalidad demostrar un principio de la física llamado

“tensión superficial”, con base en la fundamentación teórica investigada para

determinar si es verdadero.

El interés en investigar este tema, surge luego de observar en clases con

nuestra profesora, un video sobre algunos animales que caminan sobre el

agua. Luego de comentar el video, nos llamó la atención porqué el agua

lograba sostener a estos animales sin hundirse y por qué no todos los animales

lo logran.

Para poder comprobar el principio de la tensión superficial, observamos varios

videos donde mediante experimentos se hacían demostraciones con varias

sustancias.

Luego de realizar varios experimentos surgen algunas interrogantes que son

aclaradas durante el trabajo.

Para poder dar respuesta a las interrogantes planteadas en este trabajo se

realiza una búsqueda de información que permita tener una visión más amplia

sobre el tema a desarrollar.

La investigación surge como un interés de demostrar la tensión superficial de

los líquidos con diversos materiales, como los colorantes artificiales, talco,

pimienta y aceite en contacto con el jabón. Esto genera varias interrogantes,

¿Por qué los colores que flotan en el líquido se mueven al colocarles el jabón?

¿Por qué la pimienta se mueve en el agua al colocarles jabón?, ¿Qué hace que

el talco se quiebre al colocarle el jabón al agua? ¿Por qué el jabón provoca una

reacción en el líquido? Y ¿Qué es tensión superficial?

Luego de realizar los experimentos surgen ciertas predicciones, sobre el motivo

por el que suceden estas reacciones. Se presume que los ingredientes del

jabón generan en los líquidos una reacción química que motiva la reacción de

las sustancias que se le agregan al líquido (pimienta, talco, colorante).

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Mediante la investigación bibliográfica y la ejecución de las demostraciones

siguiendo una serie de pasos, se pretende confirmar dichas suposiciones.

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PASOS A SEGUIR

Con la finalidad de buscar una solución a las interrogantes planteadas. Se

realizan demostraciones que evidencian la tensión superficial de los líquidos.

Se siguen los pasos indicados para cada una y se anotan las observaciones

realizadas en cada caso. Esto permitirá comprobar o rechazar el efecto que

produce el jabón en la tensión superficial de los líquidos.

Con estas demostraciones se pretende explicar y demostrar el procedimiento

sencillo en el que la tensión superficial de un líquido se rompe por la acción de

otra sustancia, en este caso el jabón.

Para la preparación y ejecución de estas demostraciones, se realizó una

revisión de la información en diferentes medios que permitiera tener una visión

más amplia del tema, aclarando algunas dudas e interrogantes que se

generaron durante el proceso.

Demostración N° 1

MATAERIALES

• Leche

• Colorantes de diferentes colores

• Jabón líquido

• Un pincel

• Un plato desechable.

PROCEDIMIENTO

- Se vierte un poco de leche en un plato plano y se deja que tome temperatura

ambiente.

- Con un gotero o una jeringa, se colocan cuidadosamente algunas gotas de

colorantes de distintos colores sobre la superficie de la leche.

- Se observa y anota lo que sucede.

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- Se coloque sobre la leche y la tinta un pincel con detergente sin moverlo. Se

observa lo que sucede.

Demostración N° 2

MATERIALES

• Agua

• Aceite

• Jabón líquido

• Un pincel

• Un vaso de vidrio

PROCEDIMIENTO

- Se llena un vaso con agua.

- Con un cuentagotas o jeringa se coloca cuidadosamente un chorrito de aceite.

- Se observa y anota lo que sucede.

- Se coloca sobre la superficie de agua una gota de jabón.

- Se observa lo que sucede.

Demostración N° 3

MATERIALES

• Agua

• Talco

• Pimienta en polvo

• Jabón líquido

• Un pincel

• Dos recipientes transparentes con agua.

PROCEDIMIENTO

- Se coloca agua en los recipientes transparentes.

- Se coloca pimienta espolvoreándola en uno de los recipientes.

- Se coloca con el pincel una gota de jabón en la pimienta.

- Se observa y anota lo que sucede.

- Se coloca talco en el otro recipiente.

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. Con el pincel se agrega una gota de jabón en el talco.

- Se observa y anota lo que sucede.

Es importante mencionar que la utilización de los ingredientes e instrumentos

utilizados en las demostraciones se planificó de manera que los productos y los

desechos sean amigables con el ambiente, por lo que no representan niveles

altos de contaminación, ya que las cantidades son mínimas, como el caso del

talco. De igual manera se procura el uso de recipientes de vidrio para poder

lavarlos y reutilizarlos.

En el caso del aceite que se utiliza se recomienda al terminar el experimento

pasar el líquido por un filtro de papel, que deje pasar el agua y absorba el

aceite y que luego se desechará junto a los desechos sólidos. De esta manera

no se contamina el agua al arrojarlo al fregadero.

En el caso de la pimienta es un producto biodegradable que no contamina el

ambiente al desecharlo con el resto del líquido. Para el primer experimento se

utilizaron tintes naturales, que no contaminan el medio ambiente.

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LOGROS OBTENIDOS

La tensión superficial es una característica especial de los líquidos. Según el

artículo publicado en el 2012 en Internet por Paco Larrondo, titulado “Tensión

Superficial”, se explica que: el agua está compuesta de moléculas que

interaccionan unas con otras.

Las moléculas que lo forman los líquidos al atraerse mutuamente, tienden a

permanecer unidas, ya que tienen cargas positivas y negativas. Esta atracción

se conoce como fuerza de cohesión.

Esta fuerza de cohesión, afecta a cada molécula, pero no es igual en el interior

del líquido y en la superficie.

Las moléculas en el interior están en un contacto menor de energía, sin

embargo, las que están en la superficie tiene menos moléculas alrededor por lo

que tiene un estado más alto de energía.

Una molécula en el interior del vaso recibe tirones de todas las direcciones y

como todos los tirones son iguales, se anulan entre ellos y la molécula no

experimenta ningún efecto consecuencia de ellos.

Sin embargo, una molécula en la superficie del vaso sólo está rodeada de

moléculas por los laterales y la parte inferior y por lo tanto ahora los tirones no

se anulan sino que la molécula experimenta una fuerza neta (una fuerza es la

forma rigurosa en física de llamar a un tirón) hacia abajo. El efecto neto de que

todas las moléculas de agua de la superficie reciban un tirón hacia abajo es

que la superficie del agua se tensa. Esta lámina de agua tensada se comporta

igual que una cama elástica, es decir, soporta pesos encima de ella.

Esta membrana elástica o trampolín dificulta “ingresar” al líquido o una

sustancia. Por este fenómeno, algunos insectos tienen la posibilidad de

posarse sobre el agua sin que se hundan.

El agua es uno de los líquidos con mayor tensión superficial que existen, de

acuerdo con el artículo llamado “Más de 1,200 animales caminan sobre el

agua.” Del diario virtual El Siglo (2014), se explica que “La tensión superficial es

una propiedad del sistema de comunicación entre el aire y el agua, el cual,

hace que el agua se comporte, hablando en términos generales, como un

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trampolín”. Esto permite que algunos animales puedan caminar sobre el agua,

por ejemplo el insecto zapatero que usa sus patas para hacer surcos en el

agua sin romper la tensión superficial, también las arañas pescadoras, ya que,

tienen patas peludas que repelen el agua.

Imagen 1.Insecto Zapatero. ¿Cómo pueden algunos insectos caminar sobre el agua?ABC.es, 2015, http://www.abc.es/ciencia/20150304/abci-como-pueden-mosquitos-caminar-201503031705.html. Copyright (2015).

Imagen 2. Araña pescadora. Animales curiosos, la araña Balsa, (s.f), F.Pino, https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/3840/animales-curiosos-la-arana-balsa. Copyright,(s.f).

El lagarto Jesucristo o basílisco (Basiliscus basiliscus), se mueve tan rápido,

que cada vez que rompen la tensión superficial reciben el empuje de esta para

dar su siguiente paso.

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Imagen 3. Lagarto Jesucristo. Curiosidades del reino animal, (2011) blogspot. http://curiosidades-del-reino-animal.blogspot.com/2011/02/el-lagarto-que-camina-sobre-el-agua.html. Copyright, (2011)

Algunas sustancias son capaces de disminuir la tensión superficial del agua

como por ejemplo el jabón. El detergente hace que la tensión superficial del

agua disminuya porque interfiere en las fuerzas de cohesión. El agua ya no

puede sujetar la tinta, el talco, la pimienta o el aceite por lo que se hunden.

El jabón y el detergente son sustancias tensoactivas, cuyas moléculas apenas

son atraídas por las moléculas del interior del agua. Una molécula de jabón

tiene un extremo polar, mientras que el resto de la molécula es no polar; por lo

que una parte de la molécula se une al agua y la otra a la grasa.

Por eso al pasar agua por un plato con grasa y jabón, el agua arrastra al jabón

que va unido a la grasa y el plato queda limpio.

Para nuestra investigación, con las demostraciones realizadas, se obtuvieron

los siguientes resultados:

Demostración N° 1

Las siguientes imágenes evidencian el procedimiento que se siguió en la

realización del experimento de la leche de colores.

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Al colocar los colorantes en la leche se puede observar que no sucedió nada,

pero cuando le incorporamos la gota de jabón se observa cómo los colores se

separan hacia fuera, formando una pantalla de colores.

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¿Qué sucedió?

En el caso de la leche, además de ser un líquido, contiene grasa y proteína. El

jabón limpia la grasa porque es una molécula con dos partes, una se une al

agua y la otra a la grasa.

Al agregar jabón a la tinta en la leche, comienza una cacería de grasa por parte

del jabón, produciendo el movimiento en la tinta.

Las gotas de colores que estaban en la leche se revolvieron y se creó una

explosión de colores. Esto se debe a que la leche tiene grasa y es más densa

que el agua por los que el jabón intenta envolverla (porque el jabón corta la

grasa) y los colorantes que están en la leche se empiezan a movilizar.

El jabón debido a sus componentes químicos atrapa las grasas, provocando

que la leche se mueva creando remolinos en los que quedan atrapados los

colorantes. Si se continúa colocando jabón el movimiento deja de suceder. La

leche no deja que los colorantes se disuelvan rápidamente (como sucedería en

el agua), porque la leche además de agua contiene proteínas, grasas y otros

componentes que la hacen más densa que el agua, por lo que los colorantes

se quedan concentrados.

Cuando se toca la leche con el jabón se separan rápidamente porque se rompe

la tensión superficial del agua.

La tensión superficial es la que permite que el colorante se mantenga en la

superficie de la leche, pero al añadir un detergente, se rompe la tensión

superficial de la leche. Este rompimiento es más fuerte en los extremos del

plato y atrae los colorantes hacia afuera.

Demostración N° 2

Las siguientes imágenes muestran el procedimiento seguido en la realización

del experimento del agua y el aceite.

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En esta oportunidad se trabaja con agua, en lugar de leche, para comprobar la

tensión superficial del agua.

Se utiliza un componente como el aceite para observar el efecto que se

produce en esta ocasión.

Se puso el aceite en el agua y se observa como que se queda en la superficie.

Esto se debe a la tensión superficial del agua: las moléculas de agua se atraen

entre ellas por unas fuerzas, y como el aceite no rompe estas fuerzas se queda

en la superficie. El aceite queda de forma circular porque no se mezcla con el

agua. Las moléculas de agua que están allí situadas sienten los tirones de sus

compañeras y lo mismo pasa con las moléculas de aceite de ese borde. El

aceite tiene menos tensión superficial que el agua lo que significa que los

tirones del aceite son más débiles que los del agua y por tanto el aceite se

extiende.

Al poner una gota de jabón se rompe la tensión superficial y esto permite que el

aceite entre en el agua. Por eso después se observa como el aceite tiene forma

circular, y no de disco aplanado.

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Se puede ver como el aceite tiene menos tensión superficial que el agua, por

esto al colocar el aceite se extiende. El jabón reduce la tensión superficial del

agua y por tanto ahora quien se extiende es el agua y el aceite recupera su

forma inicial.

Otra forma de que al aceite recuperara su forma sería calentar el agua. El agua

caliente tiene menos tensión superficial que al agua fría. Esto lo podemos

observar en la sopa, si tenemos una sopa caliente no se nota el aceite y si

enfriamos la sopa se forma una capa de aceite en la superficie. Es decir, los

líquidos calientes tienen menor tensión superficial que los líquidos fríos.

Demostración N° 3

Las imágenes muestran los pasos que seguimos al realizar los experimentos

del talco y la pimienta.

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En este experimento se utiliza talco y pimienta, para representar la tensión

superficial del agua y como se altera con el jabón.

Tanto la pimienta, como el talco flotan inicialmente en el agua sostenidos por la

tensión superficial. Cuando se toca el agua con la punta del palillo mojado en

jabón líquido, se rompe esa membrana de agua y todo cambia. El jabón se

expande por el agua y la pimienta y el talco se retiran al borde.

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El jabón rompe la tensión superficial de los líquidos disminuyendo la tensión

superficial hasta aproximadamente un tercio de la tensión superficial del agua

pura.

El extremo de la molécula de detergente que se une a la grasa (grasa) intenta

evitar ser 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. (Hessong, 2016).

Con base a esto la superficie de cualquier líquido se comporta como si sobre

esta existe una membrana a tensión, podemos observar una gota de agua

sobre una superficie. Esto también lo podemos ver colocando una moneda y

con un gotero cuidadosamente agregamos agua sobre la moneda, el líquido irá

formando una burbuja en la moneda, que no se sale de ella debido a la tensión

superficial y a la gravedad, que se rompe cuando es demasiada y ya no la

puede contener el borde de la moneda.

El detergente hace que la tensión superficial del agua disminuya porque

interfiere en las fuerzas de cohesión. El agua ya no puede sujetar la tinta, el

talco, la pimienta o el aceite por lo que se hunden.

EL jabón y el detergente son sustancias tensoactivas, cuyas moléculas apenas

son atraídas por las moléculas del interior del agua.

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Una molécula de jabón tiene un extremo polar, mientras que el resto de la

molécula es no polar; Una parte de la molécula se une al agua y la otra a la

grasa. Por eso al pasar agua por un plato con grasa y jabón, el agua arrastra al

jabón que va unido a la grasa y el plato queda limpio.

La realización de este trabajo fue una experiencia muy alentadora porque el

resultado fue muy interesante. Se logró observar cómo los colorantes se

movían en la leche al colocarles el jabón, la reacción del aceite en el agua, el

desplazamiento del talco y la pimienta, ante la acción del jabón.

Se concluye también que es importante que cuando se tiene una inquietud

sobre algún tema que nos llame la atención se debe preguntar, investigar,

buscar información para aclararlas.

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REFERENCIAS CONSULTADAS

ABC.es. (2015) ¿Cómo pueden algunos insectos caminar sobre el agua? Recuperado de http://www.abc.es/ciencia/20150304/abci-como-pueden-mosquitos-caminar-201503031705.html.

El Siglo. (2014) Más de 1,200 animales caminan sobre el agua Periódico virtual. En línea: http://elsiglo.com.pa/internacional/1200-animales-caminan-sobre-agua/23782976. Panamá

Hessong, A. (2016) ¿Cómo rompe el detergente la tensión de una

superficie? En línea: http://www.ehowenespanol.com/rompe-detergente-

tension-superficie-como_150830/

Lagarto Jesucristo. Curiosidades del reino animal, (2011) blogspot.

http://curiosidades-del-reino-animal.blogspot.com/2011/02/el-lagarto-que-

camina-sobre-el-agua.html.

Larrondo, P. (2012) La tensión superficial. En línea:

https://conceptoaconcepto.wordpress.com/2012/08/29/3-tension-superficial/

pacolarrondoagosto 29, 2012

Pino, L. (s.f.) Animales curiosos, la araña Balsa. Recuperado de

https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/3840/animales-curiosos-la-arana-

balsa. Copyright,(s.f).