Appunti di chimica: la tensione superficiale

La chimica, come materia scolastica, propone una vastità di argomenti che sono molto utili nella comprensione del mondo che ci circonda. In questi appunti cercheremo di analizzare nello specifico il concetto di tensione superficiale, così da fornire un valido supporto a tutti coloro i quali stanno approfondendo in questo periodo tale concetto.

Iniziamo col dire che la tensione superficiale è una proprietà intensiva dei liquidi. Per comprendere di cosa si tratti, dobbiamo considerare i liquidi stessi a livello nanoscopico. Una molecola collocata all'interno di un liquido è completamente circondata dalle altre molecole: questo fa sì che essa sia soggetta ad attrazioni che si esercitano in ogni direzione e, quindi, si controbilanciano. Al contrario, le molecole che si trovano sulla superficie subiscono delle forze attrattive che solo in parte si elidono a vicenda: la loro risultante è diretta verso il basso e determina la tendenza della superficie del liquido a contrarsi, divenendo la minima possibile.

Se si vuole espandere una superficie liquida, bisogna vincere la tendenza alla contrazione e, pertanto, spendere una certa quantità d'energia: proprio questa energia è chiamata tensione superficiale. Nel Sistema Internazionale, questa grandezza viene misurata in J/m^2. L'esistenza della tensione superficiale ci consente di spiegare alcuni fenomeni tipici dei liquidi. Perché ad esempio, le gocce di un liquido in caduta libera sono di forma quasi sferica? La sfera, fra tutti i solidi, presenta la minor superficie a parità di volume: dunque, proprio a causa della tensione superficiale, è la forma preferita dai liquidi perché permette loro di assumere la minima superficie possibile.

Per abbassare il valore della tensione superficiale dell'acqua, vengono utilizzate sostanze chiamate "tensioattivi": tali sono per esempio i saponi e i detersivi. Ricordiamo infine come questo valore risulti più elevato per i liquidi contraddistinti da forti attrazioni intermolecolari, e come, per questo motivo, l'acqua mostri una tensione superficiale più alta rispetto a quella di gran parte degli altri liquidi proprio per i suoi estesi legami a idrogeno. Sempre a causa della tensione superficiale un ago, posato delicatamente sull'acqua, galleggia, benché la sua densità superi quella del liquido. L'ago infatti, per affondare, dovrebbe aumentare per un istante la superficie dell'acqua, e questo richiede energia. In altri termini, l'acqua si comporta come se fosse coperta da una pellicola, che impedisce all'ago di affondare. Per lo stesso motivo, alcuni insetti acquatici riescono a "pattinare" sull'acqua.

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