Concetti Chiave
- La tensione superficiale è una proprietà intensiva dei liquidi che non dipende dalla massa, ma dall'energia necessaria per aumentare la superficie di un liquido.
- Le molecole in superficie sono soggette a forze non bilanciate che le tirano verso l'interno, causando una tendenza alla contrazione della superficie del liquido.
- Questo fenomeno spiega perché le gocce di liquido assumono una forma sferica e perché oggetti leggeri possono galleggiare sulla superficie dell'acqua.
- I tensioattivi, presenti in saponi e detersivi, possono ridurre la tensione superficiale, facilitando la dispersione dei liquidi.
- La tensione superficiale diminuisce con l'aumento della temperatura, poiché le molecole guadagnano energia cinetica e riescono a superare le forze attrattive superficiali.
La tensione superficiale è una proprietà intensiva dei liquidi ovvero una proprietà che non dipende dall'estensione della materia cioè dalla massa.
Comportamento delle molecole
Per capire il significato consideriamo i liquidi ad un livello microscopico. Immaginiamo di poter osservare il comportamento di una molecola all'interno di un liquido, essa è circondata da altre molecole dello stesso tipo, questo fa sì che sia soggetta ad attrazioni che si esercitano in ogni direzione e quindi si controbilanciano, in pratica la risultante delle forze agenti sulla molecola all'interno del liquido, è nulla e la molecola rimane al suo posto. Spostiamo la nostra osservazione su di una molecola situata in superficie. In questo caso il sistema di forze che agisce sulla molecola non è più a risultante nulla perché manca una parte di molecole della parte sovrastante. La risultante di queste forze è diretta verso il basso e quindi determina la tendenza della superficie del liquido a contrarsi. In pratica la molecola viene tirata verso l'interno. Volendo perciò espandere una superficie liquida bisogna vincere questa tendenza alla contrazione e bisogna spendere una quantità di energia questa energia è chiamata tensione superficiale.
Definizione e misurazione
Volendo dare una definizione diremo che: la tensione superficiale è l'energia necessaria per accrescere la superficie di un liquido di un valore unitario. Nel sistema internazionale essa infatti si misura in joule per metro quadrato (J/m^2) Grazie alla presenza della tensione superficiale lo strato di superficie di un liquido può essere assimilato ad una pellicola elastica tesa e quindi quest'ultima tende a contrarsi perciò se noi la vogliamo distendere ancora di più dobbiamo compiere un lavoro ovvero dobbiamo consumare energia.
Fenomeni spiegati dalla tensione superficiale
L'esistenza della tensione superficiale spiega molti fenomeni che sono tipici dei liquidi. Ad esempio la goccia di un liquido in caduta libera assume una forma sferica perché tra tutti i solidi questa figura presenta la minor superficie a parità di volume. Un piccolo ago posato delicatamente sulla superficie dell'acqua riesce a galleggiare anche se la densità del metallo supera quella dell'acqua ma grazie alla tensione superficiale del liquido l’ago riesce a rimanere sullo strato superficiale così come molti insetti acquatici riescono quasi a pattinare sull'acqua.
Riduzione della tensione superficiale
Per diminuire questa tensione superficiale si usano delle sostanze che vengono chiamate tensioattivi e sono i costituenti di saponi e detersivi. La tensione superficiale diminuisce all'aumentare della temperatura infatti quando forniamo calore le molecole acquistano una maggiore energia di movimento, energia cinetica, e riescono a sfuggire a queste forze attrattive superficiali.
Domande da interrogazione
- Cos'è la tensione superficiale e come si misura?
- Qual è il comportamento delle molecole in un liquido rispetto alla tensione superficiale?
- Quali fenomeni sono spiegati dalla tensione superficiale?
- Come si può ridurre la tensione superficiale di un liquido?
La tensione superficiale è l'energia necessaria per aumentare la superficie di un liquido di un'unità e si misura in joule per metro quadrato (J/m²). Essa è una proprietà intensiva dei liquidi, non dipendente dalla massa.
Le molecole all'interno di un liquido sono soggette a forze attrattive che si bilanciano, mentre quelle in superficie subiscono una forza netta verso il basso, causando la tendenza della superficie a contrarsi. Questo fenomeno è alla base della tensione superficiale.
La tensione superficiale spiega fenomeni come la forma sferica delle gocce di liquido in caduta libera e il galleggiamento di oggetti leggeri, come un ago, sulla superficie dell'acqua, grazie alla sua capacità di mantenere una pellicola elastica.
La tensione superficiale può essere ridotta utilizzando tensioattivi, presenti in saponi e detersivi, e diminuisce con l'aumento della temperatura, poiché le molecole guadagnano energia cinetica e riescono a superare le forze attrattive superficiali.
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