Por qué los líquidos forman gotas?

Tal vez a muchos de nosotros cuando pensamos en líquidos nos resuena la voz de nuestra maestra de escuela diciendo: "los estados de la materia son tres: líquido, sólido y gaseoso...los líquidos se caracterizan por adoptar la forma del recipiente...". En fin, primero que todo la definición de estados de la materia es compleja y el número de estados depende en realidad de los criterios que se usen para clasificarlos. Este tema merece una publicación exclusiva. Y en segundo lugar, alguien alguna vez se preguntó que pasa con los líquidos cuando no están en un recipiente?

Pensemos en un líquido en reposo dentro de un contenedor, por ejemplo agua en una piscina. Si nos imaginamos estar en la posición de una de las moléculas de agua digamos en el centro de la piscina, no sentiríamos fuerza ninguna. Este no quiere decir que no existan fuerzas actuando, simplemente siginifica que la suma de las fuerzas es cero. Esto se da porque en cualquier dirección que miremos tendríamos el mismo número de moléculas ejerciendo una fuerza de atracción sobre nosotros simultaneamente. Como nuestras moléculas vecinas están distribuidas de manera homogénea a nuestro alrededor (esta es una característica de los líquidos) entonces esas fuerzas se cancelan. Esta afirmación será cierta para cualquier punto del líquido lejos de las paredes del contenedor (piscina) y e la superficie del agua. Específicamente en la superficie, la fuerza sobre las moléculas no tiene una distribución uniforme alrededor de ellas por la falta de las moléculas de agua "encima" de ellas. Esto favorece la atracción que ejercen las moléculas en el mismo plano (a los lados) y dentro del líquido (abajo de la superficie). Esta situación se traduce como una resistencia que el líquido presenta a que se aumente su superficie:  si quisiéramos hacer más grande  el área de su superficie, tendríamos que invertir más energía en separar esas moléculas. Esto se denomina tensión superficial y puede verse como una energía  (elástica, como la que se almacena en un resorte que se comprime) almacenada en la superficie del líquido. Y como en la naturaleza los estados tienen siempre a minimizar la energía, el trabajo de la tensión superficial va a ser buscar la forma que mejor le permita estar en su estado de menor energía.

Pensemos ahora por ejemplo en una gota de agua cayendo de un tubo. En la ausencia de contenedor, la tensión superficial es la responsable por la forma que adquiere el líquido. Esta tiende a minimizar la superficie y esto resulta en una forma esférica. Ciertamente tal vez la gota se vea deformada por algunas interacciones como por ejemplo con las paredes del tubo antes de caer. Pero si tuviéramos la oportunidad de verlas en el espacio, lejos de cualquier fuerza, ciertamente serían esferas perfectas.

Si colocamos esa gota sobre una superficie, por ejemplo una gota de rocío sobre las hojas de una planta, debemos también considerar cómo son las interacciones de las moléculas del líquido con la superficie en sí. Si la superficie propicia interacciones atractivas con el líquido, la gota se esparcirá sobre la misma. En el caso del líquido ser agua se dice que la superficie es hidrofílica. Ya si la superficie tiende a rechazar el líquido, este tenderá a minimizar el área de contacto al mismo tiempo que minimiza la tensión superficial, es decir, la gota no se esparce sino que tiende a la forma esférica nuevamente. Para agua, estas superficies se llaman hidrofóbicas.

Algunas veces se hace necesario cambiar la tensión superficial en un líquido. Para esto se usan sustancias llamadas tenso activas. Un ejemplo es cuando usamos jabón y agua para hacer burbujas: el jabón disminuye la tensión superficial del agua, lo cual permite que una película de esta mezcla se estire facilmente para formar la pompa. Si querés saber sobre los colores en las burbujas de jabón, te invitamos a que visités esta publicación.

La tensión superficial es también la responsable por hechos como que algunos insectos son capaces de caminar sobre el agua o que sea posible poner a flotar una navajilla sobre el agua, a persar de que el material del que está hecha sea mucho más denso que el agua.