La tensione superficiale è un fenomeno che si verifica sulla superficie dei liquidi, come l'acqua, formando un film sottile.
Quando l'acqua, allo stato liquido, occupa un contenitore, possiamo percepire la separazione tra il liquido e l'ambiente. Questo perché l'interazione tra le molecole d'acqua sulla superficie è diversa dalle interazioni all'interno del liquido.
In superficie, una molecola d'acqua interagisce con le molecole ai lati e al di sotto di essa. All'interno, una molecola è circondata da altre molecole e vi è interazione in tutte le direzioni attraverso legami idrogeno.
È a causa di questa proprietà che osserviamo il fenomeno della formazione di una gocciolina. Per questo motivo, è anche possibile che gli insetti camminino sull'acqua.
Cos'è la tensione superficiale?
È la formazione di un film sottile sotto un liquido a causa della disuguaglianza di attrazioni tra le molecole che lo compongono. Questo fenomeno si verifica in modo più marcato nei liquidi che hanno forze intermolecolari intenso, come l'acqua.
Le interazioni tra le specie in un liquido sono chiamate forze coesive. Mentre le molecole all'interno di un liquido sono attratte dalle molecole vicine in tutte le direzioni, le molecole sulla superficie interagiscono con le molecole sotto e accanto ad esse.
Guarda come si verifica la tensione superficiale nell'acqua.
L'acqua (H2O) è una molecola polare formata da 2 atomi di idrogeno (poli positivi) e un atomo di ossigeno (polo negativo) uniti da legami covalenti. Il polo positivo di una molecola è attratto dal polo negativo della molecola vicina, formando legami idrogeno.
Questo tipo di interazione all'interno del liquido è distribuito in tutte le direzioni. Sulla superficie, le forze sono dirette verso il basso e lateralmente, perché sopra di esse non ci sono molecole d'acqua. Questo rende le molecole di superficie più coese e crea un film elastico.
L'unità di tensione superficiale è data dal quoziente tra unità di forza e unità di lunghezza, la più adottata è dyne/centimetro (dyne/cm) e newton/metro (N/m).
L'acqua ha un'elevata tensione superficiale, il cui valore è di 72,75 dyne/cm. Tuttavia, il mercurio, un metallo liquido, ha una tensione superficiale circa 7 volte maggiore dell'acqua, 475 dyne/cm.
Voglio sapere di più? Quindi dai un'occhiata ai seguenti testi:
- Proprietà dell'acqua
- Molecole polari e apolari
- Legami chimici
Fenomeni causati dalla tensione superficiale
La tensione superficiale è responsabile di alcuni fenomeni che osserviamo nella vita di tutti i giorni. I principali sono:
Animali che camminano sull'acqua
Insetti, ragni e altri animali possono camminare o riposarsi sul acqua perché alle estremità delle sue zampe sono presenti peli ricoperti da una sostanza grassa e, quindi, non possono penetrare tra le molecole d'acqua che si uniscono in superficie.
Formazione di gocce d'acqua
Le gocce d'acqua sono sferiche a causa della contrazione nel molecole della superficie causata dalla tensione superficiale. La sfera si verifica perché questa è la forma geometrica in cui esiste la più piccola relazione tra superficie e volume. Pertanto, la forma sferica mantiene il minor numero di molecole d'acqua a contatto con l'aria.
Esercizi sulla tensione superficiale dell'acqua
1. Un tensioattivo è una sostanza che agisce su un'altra per cambiare:
a) Osmolarità.
b) Tensione superficiale.
c) Elettroforesi.
d) Viscosità.
e) Pressione osmotica.
Alternativa corretta: b) Tensione superficiale.
a) SBAGLIATO. L'osmolarità è correlata alla quantità di particelle di soluto contenute in un dato volume di solvente.
b) CORRETTO. Sia i detersivi che i saponi abbassano la tensione superficiale dell'acqua e sono chiamati genericamente tensioattivi, perché le molecole di questi materiali sono poste tra le molecole d'acqua e riducono la tensione superficiale.
c) SBAGLIATO. L'elettroforesi è una tecnica per separare le molecole in base alle loro cariche.
d) SBAGLIATO. La viscosità è una proprietà fisica che determina la resistenza di un fluido al flusso.
e) SBAGLIATO. La pressione osmotica è una proprietà colligativa che corrisponde alla pressione che deve essere esercitata su un sistema per evitare che l'osmosi si verifichi spontaneamente.
Scopri di più sui problemi trattati in questo numero:
- Proprietà della materia
- Proprietà colligative
- Pressione osmotica
2. La tensione superficiale dei liquidi dipende direttamente dai processi di interazione tra le molecole, come ad esempio il legame idrogeno. Quale delle seguenti sostanze ha la tensione superficiale più alta?
a) benzene
b) ottano
c) alcool etilico
d) tetracloruro di carbonio
e) acido etanoico
Alternativa corretta: e) acido etanoico.
a) SBAGLIATO. Il benzene è un idrocarburo, una molecola non polare, e non forma legami idrogeno.
b) SBAGLIATO. L'ottano è un idrocarburo e, quindi, è una molecola apolare che non forma legami idrogeno.
c) SBAGLIATO. L'alcol etilico è un composto leggermente polare che può formare legami idrogeno, ma l'interazione tra le molecole è limitata.
d) SBAGLIATO. Il tetracloruro di carbonio è un composto organico non polare e quindi non forma legami idrogeno.
e) CORRETTO. Il gruppo funzionale dell'acido carbossilico (-COOH) può formare legami idrogeno con l'ossigeno o con l'idrogeno ossidrile.
Scopri di più sui problemi trattati in questo numero:
- Polarità delle molecole
- Funzioni organiche
- Idrocarburi
esperimento di tensione superficiale
Guarda il video qui sotto con un esperimento che dimostra la tensione superficiale dell'acqua.
