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. Ad esempio, una graffetta può galleggiare sull’acqua quando normalmente ci si aspetterebbe che affondasse a causa del suo peso. Anche i saponi e i detersivi funzionano sulla base della tensione superficiale. Abbassano la tensione superficiale dell’acqua in modo che i saponi e i detersivi penetrino facilmente nei pori.

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.

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 

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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