A tensão superficial é a força que mantém unida a superfície de um líquido, criando uma barreira contra forças externas. Surge das forças moleculares desequilibradas na superfície do líquido. No caso da água, a sua elevada tensão superficial é atribuída às fortes forças intermoleculares conhecidas como ligações de hidrogénio.
A ligação de hidrogênio é uma interação dipolo-dipolo que ocorre entre átomos altamente eletronegativos (como oxigênio ou nitrogênio) e átomos de hidrogênio ligados a esses átomos eletronegativos. Na água, os átomos de oxigênio na molécula são parcialmente negativos devido à sua alta eletronegatividade, enquanto os átomos de hidrogênio são parcialmente positivos. Esta polaridade permite que as moléculas de água formem fortes ligações de hidrogénio com moléculas vizinhas, criando uma rede coesa.
As moléculas de água na superfície experimentam um desequilíbrio de forças intermoleculares. De um lado, eles estão ligados a outras moléculas de água dentro do líquido, enquanto o outro lado está exposto ao ar ou a outro líquido imiscível. As fortes ligações de hidrogénio entre as moléculas de água na superfície aproximam-nas, minimizando a área de superfície e reduzindo a interacção da água com o ambiente circundante. Este comportamento coesivo resulta em uma maior tensão superficial para a água.
Em contraste, o metano é uma molécula apolar, o que significa que seus elétrons estão distribuídos uniformemente e não há diferença significativa de eletronegatividade dentro da molécula. Como resultado, as moléculas de metano não têm a capacidade de formar fortes ligações de hidrogénio entre si. As forças intermoleculares no metano são principalmente forças de dispersão de London, que são forças de atração fracas decorrentes de flutuações temporárias na densidade eletrônica.
由于甲烷分子之间的范德华力较弱，甲烷的表面张力小于水。
Portanto, a ausência de fortes forças intermoleculares no metano leva a um comportamento coesivo mais fraco na sua superfície. As moléculas de metano sofrem forças de van der Waals mais fracas, que são insuficientes para manter a superfície unida tão firmemente como no caso da água. Isso resulta em uma tensão superficial mais baixa para o metano em comparação com a água.
Em resumo, a elevada tensão superficial da água é consequência da forte ligação de hidrogénio entre as suas moléculas, o que cria uma rede coesa e minimiza a interação da água com o ambiente circundante. Por outro lado, o metano carece destas fortes forças intermoleculares, levando a uma tensão superficial mais baixa devido às forças de van der Waals mais fracas.
