Tensión superficial: alvéolos pulmonares

Suponga que la tensión superficial de una interfase pura (sin surfactantes) es$\gamma_0$. Ahora, agregar los tensioactivos reduce la tensión superficial a$\gamma(a) = \gamma_0 - \Pi(a)$, dónde$a$es el área por surfactante (o el inverso de la densidad de la superficie; uno puede usar cualquiera, pero$a$es más habitual). El término$\Pi(a)$se denomina presión superficial precisamente porque actúa como una presión bidimensional. Déjame elaborar.

Tomando este punto de vista, entonces, la interfaz pura quiere contraerse, hacerse más pequeña, para minimizar el tamaño de la interfaz. A medida que los tensioactivos se acercan cada vez más entre sí, comienzan a repelerse y crean una fuerza en la dirección opuesta. Es esta fuerza la que se llama presión superficial.

De hecho, si empujara "demasiados" tensioactivos a la interfaz muy rápidamente (esta suposición de que es muy rápido es importante, porque de lo contrario los tensioactivos saltarían de la interfaz), la tensión superficial se volvería negativa y la superficie tendería a doblarse, o cambiar su forma, de modo que el tamaño de la superficie realmente aumentara. Esto sucede mucho en ciertas clases de sistemas (digamos, bicapas lipídicas, que están más o menos conectadas a las monocapas de las que hablas cuando hablas de alvéolos pulmonares).

En cuanto a cómo modelar$\Pi(a)$, los modelos más simples podrían ser el de los gases ideales o las ecuaciones de estado de van der Waals. Algunos métodos más elaborados, pero bastante elementales, serían algunos modelos de red (al estilo del modelo de adsorción de Langmuir), y en el extremo más avanzado tienes la teoría funcional de la densidad y la teoría de la medida fundamental y todo lo que se deriva de ellas. La literatura sobre el tema es enorme.