Tensiunea Superficiala cu Aplicatii In Biologie

Tensiunea superficiala cu aplicatii

in biologie

TENSIUNEA SUPERFICIALA

Tensiunea superficiala- este proprietatea generala a lichidelor de a lua forma geometrica de arie minima in lipsa fortelor externe, datorata actiunii fortelor de coeziune dintre moleculele lichidului.Aceasta proprieetate face ca portiunea de suprafata a lichidului sa fie atrasa de alta suprafata, cum ar fi cea a unei alte suprafete de lichid, ca in cazul fuzionarii picaturilor de apa sau a formarii de sfere din picaturile de mercur.

Aplicand fizica newtoniana fortelor ce apar din cauza tensiunii superficiale se obtin predictii precise pentru numeroase comportamente ale lichidelor , comportamente atat de commune incat sunt in general luate ca atare. Aplicand termodinamica acelorasi forte , rezulta predictii pentru alte comportamente mai subtile ale lichidelor.

Marimea fizica ce caracterizeaza tensiunea superficiala este coeficientul de tensiune superficiala, notate de regula cu litera greceasca sigma , uneori gamma, care este o marime fizica intensiva, caracteristica fiecarei substante omogene in conditii fizice date (constanta de material). Coeficientul dee tensiune are dimensiunea de fort ape unitatea de lungime , sau de energie pe unitatea de arie. Cele doua sunt echivalente – dar cand se face referire la energie pe unitatea de arie, se prefer termenul d energie superficial – termen mai general, in sensul ca se aplica si solidelor, nu doar lichidelor.

Tensiunea superficiala se datoreaza atractiei dintre moleculele lichidului prin intermediul fortelor intermoleculare. In interiorul masei lichidului, fiecare molecula este atrasa in egala masura in toate directiile de catre moleculele invecinate, in cconditii de echilibru termodinamic, din care cauza rezultanta tuturor fortelor este nula,in raport cu central de masa al molecule considerate. La suprafata lichidului , moleculele sunt atrase inspre interior de alte molecule aflate in adancimea lichidului si mai putin de moleculele din mediul invecinat ( fie el vid, aer sau un alt lichid ). Astfel, toate moleculele de la suprafata sunt supuse unei forte rezultate de atractie molecular indreptate spre interior , echilibrata in celalalt sens doar de rezistenta la compresie a lichidului, ceea ce inseamna o forta rezultanta nula.

Exista, insa , o forta ce determina diminuarea suprafetei libere a lichidului, si in acest sens, suprafata unui lichid se aseamana cu o membrane elastica. Din cauza aceasta , sub actiunea fortelor moleculare din partea masei de lichid , suprafata libera a lichidului tinde sa ia forma ce corespunde celei mai mici suprafete locale.

Din alt punct de vedere , se constata ca o molecula in contact cu o alta molecula vecina este intr-o stare de energie mai mica decat daca nu ar fi in contact cu acea a doua molecula. Moleculele interioare au toate numarul maxim de vecini pe care il pot avea. Dar moleculele de la margine au mai putini vecini decat cele interioare si deci sunt int-o stare de energie mai mare. Pentru ca lichidul sa-si minimizeze starea energetic, el trebuie sa minimizeze numarul de molecule de la margine si deci sa-si minimizeze aria suprafetei.

Ca rezultat al minimizarii ariei, suprafata unui lichid va prelua forma cea mai uniform ape care o poate avea ( demonstratia matematica a faptului ca formele “ uniforme’’ minimizeaza aria suprafetei se bazeaza pe ecuatia Euler- Lagrange ). Cum orice curbura a formei suprafetei duce la marirea ariei , va rezulta si o energie mai mare. In consecinta , suprafata va impinge inapoi inspre orice curbura in acelasi fel in care o minge impinsa la deal va impinge inapoi pentru a-si minimize energia potential gravitational.

Efecte vizibile in viata de zi cu zi

Efectele tensiunii superficial pot fi vazute in cazul apei:

Formarea de picaturi de apa pe suprafata caroseriei ceruite a unui automobil.Apa are aderenta slaba cu ceara si puternica cu ea insasi , si astfel apa se aduna in picaturi. Tensiunea superficial le da o forma cvasisferica , fiindca sfera are cel mai mic raport intre aria suprafetei si volum.

Formarea de picaturi are loc atunci cand o masa de lichid este intinsa. Animatia arata apa care adera la gura robinetului si care castiga in masa pana cand greutatea ei creste dincolo de punctual in care tensiunea superficial nu o mai poate tine legata de robinet. Dupa aceea , ea se separa si tensiunea superficial formeaza picaturi sferice. Daca din robinet ar fi curs un flux continu de apa , acesta s-ar fi dezmembrat in picaturi pe parcursul caderii. Gravitatia intinde fluxul de apa , dupa care tensiunea superficiala il strange in sfere.

Plutirea de obiecte mai dense ca apa are loc cand obiectul nu se umezeste si greutatea sa este sufficient de mica pentru a fi contrabalansata de fortele ce rezulta din tensiunea superficial.

Tensiunea superficiala apare si in alte fenomene commune, mai ales cand se folosesc unele substante care o reduc:

Baloane de sapun ( se foloseste efectul Maragoni)

Emulsiile sunt un tip de solutie in care joaca un rol si tensiunea superficial.

Importanta tensiunii superficial pentru sistemele

Biologice

In general , coeficientulde de tensiune superficial al lichidelor biologice este mai mic decat al apei, ceea ce demonstreaza ca moleculele de interes biologic sunt substante tensioactive.

In organismele animale exista doua categorii de agenti tensioactivi:

Molecule care actioneaza in mod secundar ca substante tensioactive, cum sunt majoritatea catabolitilor ajunsi in stadiul de acizi organici care sunt tensioactivi.

EX: Lipidele si glucidele metabolizate la stadiul de cataboliti acizi.

Substante ce au rol principal scaderea tensiunii superficial. Din aceasta categorie fac parte acizi biliari: glicocolic si taurocolic, care formeaza saruri solubile in apa cu metalele alkaline.

Agentii tensioactivi sunt utilizati ca adjuvanti in industria farmaceutica , mizandu-se tocmai pe cresterea permeabilitatii membranare. Anestezicile, deoarece micsoreaza coeficientul de tensiune superficial a sangelui, sunt substante tensioactive.

Tensiunea superficiala conditioneaza forma celulelor circulante ( cellule libere) care in general este sferica, suprafetele membranelor celuare avand arie minima. Astfel, daca celula nu prezinta endoschelet mebrana ia forma sferica, ceea ce corespunde unei energii potentiale superficial minime. Desigur, celula poate avea si o alta forma, insa mantinerea ei se face cu cheltuiala suplimentara de energie metabolica.

Proprietatile amiboidale ale unor celule implica modificari locale ale tensiunii superficial, modificari realizate prin activarea unor enzime proteolitice.

Unele insecte folosesc pentru locomotive proprietatile elastice ale stratului superficial de apa . Aceste insecte prezinta adaptari specific, de exemplu sunt foarte usoare si extremitatile membrelor sunt unse cu grasimi hidrofobe , care impiedica udarea lor. Gasteropodul Aeolis secreta un mucus pe care pluteste , mucus ce are densitatea mai mica decat apa , dar tensiunea superficiala mai mare decat a apei.

Interfete

Suprafetele de marcatie dintre doua faze:

Gaz – lichid

Lichid – solid

Gaz – solid

Comportamentul particular al interfetelor ( tensiunea interfaciala) este rezultanta a doua tipuri de forte:

Forte de coeziune – intre moleculele de aceasi faze

Forte de adeeziune- la nivelul interfetei , intre moleculele apartinand fazelor diferite.

Ce este tensiunea superficial?

– caz particular de tensiune interfaciala , la interfata lichid-gaz

– proprietatea suprafetei unui lichid de a se comporta ca o membrane elastica.

In interiorul fluidului:

fortele de atractie intermoleculare se compenseaza reciproc ,

rezultanta nula

la nivelul interfetei :

-forte de atractie lichid-gaz sunt neglijabile

-rezultanta fortelor este directionata spre interiorul lichidului .

Implicatii biologice

Efectul detergent al sarurilor biliare – faciliteaza dizolvarea compusilor lipidici in sucurile intestinale, prin scaderea tensiunilor superficiale ( efect detergent ) .

Rolul surfactantului pulmonar – fluid cu tensiunea superficial scazuta comparative cu fluidul extracelular, care acopera peretii alveolelor pulmonare .

Faciliteaza reexpansionarea alveolelor pulmonare in timpul inspirului.

Scade travaliul pulmonar.

Simbol :

– sigma ( in tarile anglo-saxone : y)

– unitatea de masura : N/ n

Tensiunea superficiala este forta F necesara pentru a marii perimetrul 1 al unei suprafete lichide cu unitatea ( F/I ) .

Tensiunea superficiala este lucrul mecanic L necesar pentru a marii suprafata unui lichid S cu o unitate ( -L / S ).

BIBLIOGRAFIE

http://www.kagaku21.net/en/laboratory/sulfa ce _tension/si

http://citt.ufl.edu/marcela/sepulveda/html/en_tensionhtm

wikipedia

biblioteca.regielive.ro

http://www.teachnet.ie/tburke/water/sulface.htm