Tensión superficial

Qué es la tensión superficial

Dentro de un líquido, cada molécula está rodeada por otras en todas direcciones y las fuerzas de atracción se compensan. En la superficie, en cambio, faltan vecinas por el lado del aire, y la molécula sufre una atracción neta hacia el interior. El resultado es que la superficie se comporta como una fina membrana elástica que tiende a contraerse: la Real Academia Española lo recoge como la acción de las fuerzas moleculares por la que la capa exterior de los líquidos tiende a contener su volumen dentro de la mínima superficie posible.

De la capilaridad a la ecuación de Young-Laplace

El fenómeno se conocía desde antiguo por sus manifestaciones más visibles, como la capilaridad o la forma de las gotas, pero no tuvo un tratamiento riguroso hasta comienzos del siglo XIX. El médico y polímata inglés Thomas Young publicó en 1805 un ensayo sobre la cohesión de los fluidos en el que describió con precisión cualitativa el comportamiento de las superficies líquidas. Un año después, el matemático francés Pierre-Simon Laplace le dio forma matemática exacta, en un suplemento a su tratado de mecánica celeste. La combinación de ambos trabajos se conoce hoy como la ecuación de Young-Laplace, y en fisiología se aplica bajo el nombre de ley de Laplace para describir la presión en el interior de estructuras huecas.

Young no era un físico dedicado en exclusiva a este problema. El mismo año en que abordó la cohesión de los líquidos trabajaba también en la naturaleza ondulatoria de la luz, y con los años describiría además el astigmatismo y participaría en el desciframiento de los jeroglíficos egipcios.

Su papel en la mecánica pulmonar

La aplicación médica más estudiada de la tensión superficial ocurre en el pulmón, donde la fina película de líquido que recubre los alvéolos generaría, sin más, una fuerza de colapso al final de cada espiración. El fisiólogo suizo Kurt von Neergaard fue el primero en demostrarlo, en 1929, al comprobar que un pulmón aislado necesitaba menos presión para llenarse de líquido que de aire, diferencia que solo podía deberse a la tensión superficial de la interfase aire-líquido. Cómo consigue el organismo mantener estable esa superficie y evitar el colapso alveolar es el objeto de la entrada surfactante pulmonar, que desarrolla el mecanismo completo.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el término "tensión superficial"?

Del latín tensio ("acción de estirar") y superficialis ("relativo a la superficie"). Como concepto físico riguroso, se debe a los trabajos de Thomas Young en 1805 y Pierre-Simon Laplace en 1806.

¿Es lo mismo tensión superficial que capilaridad?

No exactamente. La capilaridad es un fenómeno, el ascenso o descenso de un líquido en un tubo estrecho; la tensión superficial es la propiedad física que, junto con la adhesión a las paredes del tubo, explica por qué ocurre.

¿Por qué es relevante para el pulmón?

Porque, sin corrección, tendería a colapsar los alvéolos más pequeños en cada espiración. El organismo la contrarresta con el surfactante pulmonar, una sustancia que reduce esa fuerza de forma proporcional al tamaño de cada alvéolo.

Referencias

1. Real Academia Española. Tensión. Diccionario de la lengua española.
2. Young-Laplace equation. Wikipedia, con referencia al ensayo original de Thomas Young (1805) y al suplemento de Laplace a su Mécanique céleste (1806).
3. Parmigiani S, Solari E. The era of pulmonary surfactant from Laplace to nowadays. Acta Biomedica.