Forţe de tensiune superficială apar la suprafaţa libera a unui lichid datorită faptului ca forţele de atracţie dintre moleculele lichidului şi ale gazului de deasupra sunt mai mici decât forţele de atracţie dintre moleculele de lichid. Forţele intermoleculare scad cu distanţa.

În masa de lichid o moleculă e inconjurată din toate parţile de alte molecule de lichid. Se obţine o simetrie sferică datorită numărului mare de molecule şi de distribuţia lor haotică, dar rezultanta forţelor de atracţie e nulă.

O molecula ce se gaseţte în apropierea suprafeţei libere, la o distanţă mai mica decât raza de acţiune moleculară, este atrasă numai spre interiorul masei de lichid de moleculele de lichid, iar spre exterior fiind atrasă de moleculele de gaz cu o forţă mai mică. Se anulează reciproc componentele paralele cu suprafaţa lichidului, datorită unei simetrii circulare, obţinându-se o rezultantă normală la suprafaţa liberă ( forţa de tensiune superficială ).

Forţa de tensiunea superficială e normală la contur şi tangentă la suprafaţa peliculei în cazul unor pelicule şi corpuri bidimensionale.

Pentru biologie şi medicină , cunoaşterea forţelor de tensiune superficială e importantă deoarece ele sunt implicate în formarea de menisc, fenomenele capilare, curgerea sub formă de picături, etc.

Suprafaţa liberă a unui lichid tinde spre o arie cât mai mică. Stratul superficial are tendinţa de a-şi micşora suprafaţa şi se comportă ca o membrană elastică şi tensionată. Dar tensiunea este aceeaşi în orice punct în stratul superficial spre deosebire de o membrană elastică propriu – zisă.

În stratul superficial se petrec comprimări, iar datorită comprimărilor suprafaţa lichidului se comportă ca un corp rigid, la impactul cu alte corpuri. Pentru a mări suprafaţa liberă ( S ), a unui lichid, trebuie efectuat un lucru mecanic ( dL ), proporţional cu marimea ( dS ) a suprafeţei.

Se numeşte coeficient de tensiune superficială factorul de proporţionalitate σ şi depinde de natura lichidului şi a gazului cu care e în contact. În cazul unei pelicule relaţia se reduce la:

în care dF e forţa necesară pentru a mări lungimea contactului cu dx.

Unitatea de măsură a coeficientului de tensiune superficială rezultă :

Forţele intermoleculare din lichid scad datorită măririi agitaţiei termice, iar valoarea coeficientului de tensiune superficială scade cu creşterea temperaturii.

Apa, solventul general în organismele vii, este unul din lichidele cu cel mai mare coeficient de tensiune superficială, ceea ce are o deosebită importanţă într-o serie de procese biologice

Cele care efectuează lucrul mecanic sunt forţele superficiale, la o micşorare a suprafeţei libere. Stratul superficial posedă o energie superficială. Ea corespunde unei energii potenţiale mecanice. Atunci când această energie potenţială e minimă atunci când sistemul e în echilibru.

Importanta tensiunii superficiale in medicina si biologie

Coeficientul de tensiune superficiala a lichidelor biologice din organismul uman este, in general, mai mic decat al apei, ceea ce probeaza ca moleculele de interes biologic sunt agenti tensioactivi.

In organismul uman se gasesc 2 categorii de agenti tensioactivi:

a. molecule care actioneaza in mod secundar ca agenti tensioactivi, cum sunt majoritatea catabolitilor ajunsi in stadiul de acizi organici. De exemplu, glucidele si lipidele, pe masura ce sunt oxidate, trec prin stadiul de cataboliti acizi, tensioactivi.

b. Molecule care au ca rol principal, in organism, scaderea tensiunii superficiale alichidelor biologice. In aceasta categorie intra acizii biliari: glicocolic si taurocolic, care formeaza cu ionii metalelor alkaline saruri solubile in apa compusi puternic tensioactivi.

Eliminate, prin canalul coledoc in duoden, unde intalnesc bolul alimentar ce contine lipide aproape in totalitate nedigerate, sarurile acizilor biliari vor contribui la scaderea tensiunii superficiale a grasimilor alimentare, ceea ce usureaza emulsionarea lor. Aceasta emulsionare are ca efect transformarea grasimilor in particule cu volume foarete mici si cu suprafata de contact cu mediul de arie foarte mare.

Aria interfetei grasimilor marindu-se apreciabil prin emulsionare, acestea pot fi mai eficient metabolizate de catre lipazele pancreatice.

Tensiunea superficiala conditioneaza permeabilitatea membranelor, deci schimbul dintre cellule si mediul interstitial. Astfel, agentii tensioactivi, favorizeaza permeabilitatea si resorbtia intestinala. Acesta este motivul pentru care o serie de medicamente se administreaza impreuna cu substante tensioactive (cazul supozitoarelor).

Anestezicile sunt substante tensioactive, micsorand coeficientul de tensiune superficiala a sangelui.

Determinarea valorilor coeficientului de tensiune superficiala, care se face prin metode relativ simple, prezinta importanta in medicina, in stabilirea unor diagnostice. In cazul unor maladii hepatice (icter, leziuni hepatice etc.) valoarea coeficientului de tensiune superficiala a urinei poate ajunge pana la , deoarece in urina ajung saruri biliare tensioactive. Forma celulelor libere ( de exemplu, celulele circulante) este conditionata de echilibrul intre fortele de tensiune superficiala si a celor de rezistenta. Suprafetele membranelor celulare au o arie minima (suprafete de tip Plateau ).In particular, daca celula nu prezinta “endoschelet” membrane sa ia forma sferica, atingandu-se, in felul acesta, energie potentiala superficiala minima.

Ameoboidismul unor cellule implica modificari locale ale tensiunii superficiale membranare. Aceste modificari se realizeaza prin activitatea unor enzyme proteolitice, care hidrolizeaza o parte din proteinele membranare.

Tensiunea superficiala mare a apei favorizeaza locomotia pe suprafata sa, a unor insecte: Hydrometa(de balta) si Halobates( de mare). Aceste insecte prezinta adaptari specifice: au talie mica (sunt deci usoare), iar la extrmitatile membrelor prezinta ramnificatii foarte fine unse cu grasimi hidrofobe, ceea ce impiedica udarea acestora.

Substanţe tensioactive

Datorită forţelor intermoleculare puternice, apa are o tensiune superficială deosebit de mare ( σ = 73 • 10 -3 N/m ). Tensiunea superficială este modificată de dizolvarea în apaă a unor substanţe. Apar trei situaţii:

când solvitul nu modifică forţele intermoleculare, tensiunea superficială rămâne constantă, încadrându-se în reţeaua de legături de hidrogen ale apei ( exemplu: soluţie de zahăr în apă)

tensiunea superficială creşte uşor. Există o interacţiune puternică între ionii şi dipolii apei din soluţiile de electolit, ceea ce duce la creşterea forţelor intermoleculare din lichid. Deci creşte tensiunea superficială, iar ionii sunt atraşi spre interiorul masei de lichid, iar creşterea tensiunii superficiale va fi nesemnificativă deoarece densitatea ionilor în stratul superficial rămâne mică. Substanţele ce corespund acestor doua situaţii sunt netensioactive.

Scade tensiunea superficială. Micşorează forţele intermoleculare şi pătrund între moleculele de apă substanţele cu grupări hidrofobe. Substanţele tensioactive sau agenţii tensioactivi sunt substanţe care duc la scăderea tensiunii superficiale.

LEGEA LUI TAUBE spune că o substanţă cu cât are mai multe grupări hidrofobe, cu atât tensioactivitatea ei e mai pronunţată. În cadrul aceleiaşi serii organice, tensioactivitatea creşte cu lungimea catenei sau, în cazul acizilor graşi, cu gradul de nesaturare.

Rolul substanţelor tensioactive în medicină

1. Rolul în organism al substanţelor tensioactive

2. Utilizarea substanţelor tensioactive în prescripţia farmacologică

1. Permeabilitatea membranelor fluide creşte odata cu substanţele tensioactive. Trec prin una sau alta din substanţele tensioactive, marile principii alimentare, în procesul lor de catabolizare spre puctul final CO2, H2O şi energie, deci toţi produşii tensioactivi şi care sunt ubicuitari.

glucoză → eserii Cori şi Nèuberg → glicerol

proteine → aminoacizi

glucide → acizi graşi

Cataboliţii sunt implicit tensioactivi; însă ficatul este un organ care secretă explicit substanţe pentru funţia lor tensioactivă. Ficatul secretă bila, iar bila deţine doua funcţii:

pigmenţii biliari ( cataboliţii hemoglobinei: bilirubinele)

sărurile biliare, săruri de potasiu şi sodiu ale acizilor glicolic şi taurocolic, care, ajung prin canalul coledoc, în duoden, scad tensiunea superficială mărunţind lipidele în numeroase particule din ce în ce mai mici, acesta fiind procesul de emulsionare a grasimilor.

Suprafaţa fazei dispersate oferite lipazei pancreatice, care ajunge şi ea în duoden prin canalele Wirsung si Santorini, creşte imens prin emulsionare. Deci lipidele sunt hidrolozate mai uşor şi mai rapid în acizi graşi şi glicerol.

Sărurile biliare sunt compuşi stabili, care rezistă la hidroliza prin enzimele proteolitice ale intestinului, fiind în mare masură absorbite.

2. Aduvantele în prescrierea farmaceutică sunt substanţele tensioactiv, mizându-se pe creşterea permeabilitaţii membranare.