¿Qué es la acción capilar?

El agua en el suelo es absorbida por las raíces de una planta y propulsada hacia arriba al resto de sus órganos sin ninguna ayuda. La planta, para empujar a lo largo del agua los nutrientes para reponer sus recursos, no emite ninguna fuerza para negar o superar la atracción de la gravedad. Sin fuerza para impulsarlo, ¿cómo es que en el mundo el agua sube contra la gravedad? ¿Qué hechicería está en juego aquí?

Definición de acción capilar

La sorprendente elevación de un líquido en un tubo estrecho se llama acción capilar o, simplemente, capilaridad. La acción capilar ha fascinado tanto a la gente, de hecho, que el primer trabajo de Einstein no exploró su teoría esotérica de causa y efecto o gravedad, ni tampoco demostró la naturaleza de la partícula de la luz. En su lugar, describió sus Conclusiones extraídas de la Acción Capilar, un documento que ahora está oculto en la fama de sus documentos del año milagroso.

El químico irlandés Robert Boyle, intrigado por las observaciones de “unos pocos franceses inquisitivos”, como él dijo, sumergió un tubo delgado en vino tinto y fue testigo de cómo, a diferencia del mercurio, el vino subía a una cierta altura en el tubo. ¿Por qué el agua y el vino suben, como observaron los franceses y Boyle, pero el mercurio no? Finalmente, los químicos se dieron cuenta de que el hecho de que un líquido ascendiera o descendiera depende de dos fuerzas: la cohesión y las fuerzas de adhesión entre las moléculas del líquido y las moléculas del tubo.

Las fuerzas de cohesión y adhesión

Las fuerzas de cohesión son las fuerzas atractivas que, como su nombre indica, causan cohesión o unen las moléculas del líquido. Son las fuerzas de cohesión las que potencian la tensión superficial, la propiedad de un líquido para resistir la penetración. Existen entre átomos similares, como los átomos ramificados de hidrógeno que constituyen el agua.

Las fuerzas de adhesión no son tan diferentes. Estas son fuerzas atractivas también, pero la atracción que fomentan no se manifiesta entre átomos similares, sino entre átomos diferentes. Como su nombre indica, causan adhesión, o pegan una familia de moléculas, en este caso, el líquido, a otra familia de moléculas, aquí, la superficie capilar.

Un líquido sólo se elevará si las fuerzas de adhesión entre sus moléculas y las moléculas del tubo son mayores que las fuerzas de cohesión entre sus propias moléculas. Un tubo, como el fino tallo de una planta que transporta agua y nutrientes, atrae y “jala” el líquido cada vez más alto a lo largo de su superficie adhesiva.

Un líquido como el mercurio no se eleva en un tubo de vidrio por la simple razón de que sus fuerzas de cohesión son mayores que las fuerzas de adhesión entre él y el vidrio. De hecho, las fuerzas de cohesión del mercurio son tan fuertes que exhiben lo que se llama repulsión capilar: ¡no sube, sino que, por el contrario, desciende más abajo en el tubo! Sin embargo, es imperativo entender que la capilaridad no es sólo una función de las propiedades del líquido, sino también de la composición química del tubo.

A medida que el líquido sube, la parte superior de su superficie asume una forma cóncava. Esto representa la lucha en la que las fuerzas de adhesión y cohesión están constantemente comprometidas. Finalmente, a medida que más y más agua entra en el tubo, las fuerzas de cohesión ganan suficiente fuerza para negar las fuerzas de adhesión: se logra el equilibrio, lo cual es evidente en el aplanamiento de la superficie cóncava.

La altura

La altura de la elevación capilar está determinada por esta ecuación:

Uno puede discernir que la altura a la que se elevará un líquido es inversamente proporcional al radio del tubo. Cuanto más ancho sea el tubo, menor será la ascensión. Esto se debe a que un tubo más ancho significará que una menor cantidad de líquido está en contacto con su superficie, lo que lógicamente hace que las fuerzas de adhesión disminuyan.

Por último, mientras que las fuerzas de adhesión son inicialmente lo suficientemente fuertes como para superar la atracción de la gravedad, la gravedad finalmente saldrá victoriosa. A medida que el agua se acumula en el tubo, a cierta altura, la masa del líquido se vuelve demasiado grande para que las fuerzas de adhesión se eleven. A esta altura, las fuerzas intermoleculares son totalmente derrotadas por la fuerza gravitacional.

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