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La tensione superficiale è l’energia necessaria per aumentare la superficie di un liquido per unità di superficie. Poiché queste forze variano a seconda della natura del liquido (ad esempio, acqua rispetto a benzina) o dei soluti che contiene (ad esempio, tensioattivi come il detergente), ciascuna soluzione ha valori di tensione superficiale diversi.
Facciamo un esempio: ogni volta che un bicchiere d’acqua viene riempito quasi fino all’orlo, si può osservare che il livello dell’acqua nel bicchiere è effettivamente più alto dell’altezza del bicchiere. Puoi anche vedere che l’acqua che si è rovesciata ha formato delle pozzanghere che si alzano sopra la superficie. I due fenomeni descritti sono dovuti alla tensione superficiale.
Più intuitivamente, la tensione superficiale è la tendenza di un liquido ad occupare la minore superficie possibile. Questa tendenza è il fattore chiave dell’azione capillare o del movimento capillare . L’azione capillare è una conseguenza delle forze coesive tra le molecole, cioè la tendenza delle molecole a stare insieme e ad aderire l’una all’altra.
Forze di coesione e forze di adesione
Le forze di coesione e le forze di adesione sono fortemente correlate alla tensione superficiale. Queste forze compaiono quando le sostanze hanno massa, cioè sono proprietà macroscopiche, quindi non entrano in gioco quando si prendono in considerazione i singoli atomi o molecole.
- Forze di coesione . Sono le forze che tengono insieme le molecole. Se le forze coesive sono forti, un liquido avrà la tendenza a formare goccioline su una superficie.
- Forze di adesione . Sono le forze che si esercitano tra le molecole del liquido e una superficie. Se le forze di adesione sono forti, un liquido avrà la tendenza a diffondersi su una superficie.
Pertanto, se le forze di coesione sono più forti delle forze di adesione, il liquido manterrà la sua forma, ma se accade il contrario, il liquido si diffonderà, aumentando così la sua superficie. Qualsiasi sostanza aggiunta a un liquido che ne aumenta la superficie è chiamata agente bagnante.
Gli agenti bagnanti sono sostanze che riducono la tensione superficiale di un liquido e ne provocano la diffusione sotto forma di gocce su una superficie, aumentando la capacità di dispersione del liquido stesso.
prospettiva molecolare
In un campione di acqua ci sono due tipi di molecole: quelle all’esterno del campione (molecole esterne) e quelle all’interno (molecole interne). Le molecole interne sono attratte da tutte le molecole intorno a loro, mentre le molecole esterne sono attratte solo da altre molecole sulla superficie e da quelle sottostanti. Ciò rende lo stato energetico delle molecole interne meno intenso di quello delle molecole esterne. Pertanto, le molecole mantengono un’area superficiale minima, che consente a più molecole di avere uno stato energetico inferiore. Questo fenomeno è una conseguenza della tensione superficiale e uno dei modi migliori per verificarne l’esistenza.
Le molecole d’acqua sono attratte l’una dall’altra a causa della proprietà polare dell’acqua. Le estremità dell’idrogeno sono positive, mentre le estremità dell’ossigeno sono negative e si legano insieme, ossigeni negativi con idrogeni positivi. Per rompere questi legami intermolecolari è necessaria una certa quantità di energia, che è appunto la tensione superficiale. Lo stesso vale per altri liquidi, anche quelli idrofobici , come l’olio. Ci sono altre forze che agiscono nel liquido come le forze di Van der Waals, che si esercitano tra le molecole del liquido.
Continuando con l’esempio dell’acqua, la sua tensione superficiale è molto alta. infatti, la tensione superficiale dell’acqua può far galleggiare su di essa materiali anche più densi dell’acqua stessa. Grazie alla loro tensione superficiale, alcuni organismi possono letteralmente camminare sull’acqua. Un esempio è lo strider d’acqua o calzolaio, che può correre sulla sua superficie a causa delle forze intermolecolari delle molecole d’acqua e perché il peso dello strider è distribuito tra le sue gambe. La tensione superficiale consente anche la formazione di goccioline che vediamo costantemente in natura.
Altri esempi di tensione superficiale
Una bevanda alcolica forma dei piccoli solchi nel bicchiere dovuti all’interazione tra i diversi valori di tensione superficiale dell’etanolo e dell’acqua, e la più rapida evaporazione dell’alcool rispetto all’acqua.
Olio e acqua si separano perché la tensione superficiale di questi liquidi è diversa. In questo caso, il termine è “tensione di interfaccia”, ma è semplicemente un tipo di tensione superficiale tra due liquidi.
