Tensione superficiale: formula, unità di misura

In un liquido le molecole adottano una forma che minimizza la loro area superficiale e quindi la superficie si comporta come una membrana elastica in tensione che è la tensione superficiale.
Lo stato liquido è caratterizzato da molecole che interagiscono tra loro tramite forze di coesione che dipendono dalla loro distanza.

In un liquido contenuto in un recipiente le molecole sono mediamente distribuite in modo simmetrico attorno a ciascuna altra molecola e quindi le forze agiscono uniformemente in tutte le direzioni e la risultante è nulla.

tensione superficiale
tensione superficiale

Sulle molecole che si trovano sulla superficie esiste solo l’interazione con quelle sottostanti e, trascurando le interazioni con l’aria e le pareti del recipiente, si verifica che la risultante delle forze è diversa da zero ed è diretta verso l’interno del liquido.

La forma geometrica che presenta il rapporto più piccolo tra superficie e volume è la sfera pertanto piccolissime quantità di liquido assumono la forma di goccioline sferiche. Se tali gocce diventano più grandi, a causa del loro peso, subiscono una deformazione e pertanto assumono una forma di lacrima.

Agnes Luise Wilhelmine Pockels è stata una chimica tedesca la cui ricerca è stata fondamentale per stabilire la moderna disciplina nota come scienza delle superfici , che descrive le proprietà delle superfici e delle interfacce liquide e solide.

Unità di misura della tensione superficiale

La tensione superficiale indicata con γ è data da: γ = F/L dove F è la forza esercitata parallelamente alla superficie e L è la lunghezza della linea al di sopra della quale agisce la forza. La tensione superficiale è il rapporto tra la forza di trascinamento e la lunghezza e quindi la sua unità nel Sistema Internazionale è N/m poiché la forza è misurata in Newton e la lunghezza è misurata in m.
L’unità di misura di γ è quindi N/m o J/m2 mentre nel sistema CGS la sua unità è Dyne/cm

Essa non è un valore costante ma dipende dalla temperatura, dalla pressione e dalla composizione del gas all’interfaccia.

La tensione superficiale esiste ovunque vi sia una superficie di separazione tra due o più fasi diverse, e la sua intensità dipende dalla natura delle fasi a contatto. In particolare, quando è riferita a due o più fasi, prende il nome di tensione interfacciale.

Nella tabella sono riportate le tensioni superficiali di alcuni liquidi a temperatura ambiente

Tabella 

Sostanza Tensione superficiale ( dyne/cm)
Acqua H2O 72.7
Etere etilico (CH3CH2)2 O 17.0
Benzene C6H6 40.0
Glicerolo C3H2(OH)3 63
Mercurio (15°C) 487
n-ottano CH3(CH2)6CH3 21.8
NaCl  6 M 82.5
Saccarosio ( 85%) 76.4
Oleato di sodio 25

Dall’analisi dei dati si può notare:

–          Gli idrocarburi e i liquidi non polari come l’etere presentano valori  abbastanza bassi

–          Dalla tensione superficiale dell’oleato di sodio si comprende che una delle funzioni principali dei saponi e dei tensioattivi è quella di ridurre la tensione superficiale dell’acqua

–          Il mercurio presenta la maggiore tensione superficiale rispetto a qualunque liquido a temperatura ambiente: tale tensione è così alta che il mercurio si fraziona in goccioline che si muovono in modo indipendente.

La tensione superficiale diminuisce sempre all’aumentare della temperatura in quanto i moti termici riducono l’effetto delle attrazioni intermolecolari. Per tale ragione il lavaggio a temperature maggiori è più efficace rispetto a quello a temperature minori: la minore tensione superficiale, infatti consente all’acqua di penetrare con maggiore facilità nelle fibre.

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