La Tensione superficiale e la Capillarità

I.C. Giovanni Pascoli di Benevento

Scuola Secondaria di 1° Grado

Classe 1 sez. C

Abbiamo imparato che le molecole d’acqua si attraggono tra loro, tuttavia, lemolecole dello strato più superficiale a contatto con l’aria sono attratte solo dallemolecole sottostanti, tale situazione crea una tensione visibile perché l’acquasembra ricoperta da una sottile pellicola elastica: questo fenomeno è chiamato“tensione superficiale”.

La tensione superficiale è legata alle forze di coesione, ovvero alle forze chetengono unite particelle simili ed è propria di tutta la materia, anche se solo neiliquidi è facilmente osservabile. La tensione superficiale è una forza debole, perquesto in grandi volumi i liquidi assumono la forma dei loro contenitori.

Esistono sostanze che hanno capacità di modificare la tensione superficiale e, perquesto, si chiamano “tensio‐attive”. Il più comune tensioattivo è il sapone, cheallenta la tensione superficiale permettendo all’acqua di distendersi in laminesottili e formare lamine saponose e bolle di sapone.

La Tensione Superficiale

Classe 1C Scuola Secondaria di 1° Grado "G. Pascoli" di Benevento

Per capire meglio in cosa consiste la tensione superficiale e come agisce ilsapone su di essa, abbiamo eseguito tre semplici esperimenti in classedurante le ore di scienze.

1° Esperimento: Graffetta galleggianteMateriale occorrente:1 graffetta1 bicchiere d’acqua1 pezzettino di carta

Procedimento:Aiutandoci col pezzettino di carta abbiamo appoggiato delicatamente la graffetta sulla superficie dell’acqua (Foto 1); abbiamo atteso che la carta si bagnasse completamente e poi l’abbiamo sfilata via facendo attenzione a non toccare la graffetta.

Foto 1

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Osservazioni:La graffetta è rimasta a galla (Foto 2 e 3).

Conclusioni:Pur essendo costituita da materiale più denso dell’acqua, la graffetta è rimasta a galla grazie alla tensione superficiale dell’acqua, che crea una specie di sottile pellicola elastica che non fa affondare la graffetta.Per verificare che la graffetta sia più densa dell’acqua, basta scuotere un po’ il bicchiere e la graffetta affonda.

Foto 2

Foto 3

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2° Esperimento: Stuzzicadenti mobili

Materiale occorrente:1 piatto di plastica1 bicchiere d’acqua3 stuzzicadentiQualche goccia di sapone (noi abbiamo usato detersivo per piatti)

Procedimento:Abbiamo coperto il fondo del piatto con un leggero strato d’acqua e vi abbiamo adagiato tre stuzzicadenti a formare un triangolo (Foto 4).Infine abbiamo versato al centro del triangolo una goccia di sapone (Foto 5).

Foto 4

Foto 5

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Osservazioni:Appena abbiamo versato il sapone, gli stuzzicadenti si sono istantaneamente allontanati  (Foto 6).

Conclusioni:La spiegazione di questo esperimento è legata al fatto che la tensione superficiale viene allentata dalla goccia di sapone: si crea, quindi, un movimento vorticoso nelle molecole d’acqua che spinge via gli stuzzicadenti.Questo è possibile perché il sapone è un tensioattivo.Foto 6

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3° Esperimento: L’emulsione dell’olioMateriale occorrente:1 bicchiere trasparente30 ml di olio di semi (circa)150 ml di acqua30 ml di detersivo per piatti (o qualsiasi altro sapone)Qualche goccia di colorante liquido1 cucchiaino

Procedimento:Abbiamo versato l’acqua nel bicchiere e abbiamo aggiunto il colorante; aiutandoci con un cucchiaino abbiamo amalgamato bene in modo da colorare l’acqua. Abbiamo versato l’olio e questo si è posizionato sopra l’acqua creando in questo modo due strati di liquido (Foto7).

Foto 7

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Procedimento:Infine, abbiamo aggiunto il sapone (Foto 8) e abbiamo mescolato bene aiutandoci con il cucchiaino (Foto 9).

Foto 8

Foto 9Classe 1C Scuola Secondaria di 1° Grado

"G. Pascoli" di Benevento

Osservazioni:Una parte dell’olio si è mescolata stabilmente con l’acqua, formando un miscuglio di colore verde (Foto 10). 

Foto 10

Concusioni:L’olio e l’acqua hanno formato un’emulsione, mentre in superficie resta una schiuma densa di acqua, olio, sapone e bolle d’aria che non riesce ad emulsionarsi completamente (Foto 11).

Foto 11

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Alla tensione superficiale è legata anche la capillarità, una speciale forza adesivache permette alle molecole d’acqua di risalire sottili tubicini. Per spiegarla conun’immagine è una “forza antigravità” che permette all’acqua di salire anziché discendere.

Questo fenomeno avviene solo in tubicini sottili e dipende dalla combinazione didue forze:• le forze di coesione, che tengono unite molecole dello stesso tipo;• le forze di adesione, che producono attrazione tra sostanze differenti.La capillarità è tanto più evidente quanto più il solido è bagnabile.

La capillarità è un fenomeno di cui facciamo esperienza quotidianamente, adesempio grazie alla capillarità riusciamo ad inzuppare un biscotto nel latte, alavare i vestiti ma, soprattutto, è la capillarità che permette al sangue di scorrerenelle vene e alla linfa grezza di risalire dalle radici alle foglie.

La Capillarità

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Per capire come agisce la capillarità e quali importanti applicazioni abbia,abbiamo eseguito due esperimenti in classe durante le ore di scienze.1° Esperimento: Colorare il sedano

Materiale occorrente:2 gambi di sedano2 bicchieri pieni d’acqua2 coloranti alimentari (uno rosso ed uno blu)1 cucchiaino

Procedimento:Abbiamo versato il colorante rosso in un bicchiere e quello blu nell’altro bicchiere. Aiutandoci con un cucchiaino abbiamo mescolato i liquidi, fino ad ottenere due soluzioni omogenee. Infine, abbiamo inserito un gambo di sedano in ogni bicchiere (Foto 12). Abbiamo lasciato riposare per qualche ora (in realtà, poiché era l’ultima ora di lezione, abbiamo rimandato le nostre osservazioni al giorno successivo).

Foto 12

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Osservazioni:Il giorno successivo, entrando in classe, abbiamo potuto osservare che i gambi di sedani sisono colorati uno di blu (Foto 13) e l’altro di rosso (Foto 14 e 15), fino alla punta dellefoglie.

Concusioni:I gambi di sedano si sono colorati grazie al fatto che, come tutte le piante, i sedani presentano all’interno dei sottilissimi tubicini (capillari, appunto), attraverso i quali l’acqua riesce a risalire fino ad arrivare alla punta delle foglie. Ciò avviene grazie alla combinazione delle forze di coesione tra le particelle dell’acqua e quelle di adesione fra le particelle d’acqua e le particelle che costituiscono i capillari della pianta.

Foto 13

Foto 14

Foto 15

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Materiale occorrente:2 contenitori a bordi alti di capacità simile1 tovagliolo di stoffa1 tazza di terraQualche libro1 banco500 ml di acqua (circa)

Procedimento:Abbiamo versato l’acqua e la terra in uno dei contenitori. Abbiamo impilato i libri sul banco e su di essi vi abbiamo messo il contenitore contenente acqua e terra. Sul banco abbiamo posizionato il contenitore vuoto in modo che stesse vicino all’altro contenitore ma più in basso. Infine, abbiamo attorcigliato il tovagliolo immergendo una delle estremità nell’acqua mista a terra e l’altra nel contenitore vuoto sottostante (Foto 16 e 17).Abbiamo lasciato i contenitori per 24 ore a riposo.

2° Esperimento: Depuratore fai da te

Foto 16

Foto 17

N.B.Per accelerare il processo, abbiamo bagnato il tovagliolo prima di attorcigliarlo.

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Osservazioni:Il giorno successivo, entrando in classe, abbiamo potuto osservare che buona partedell’acqua si era trasferita dal contenitore in alto a quello in basso (Foto da 18 a 21).Abbiamo potuto anche osservare che l’acqua nel contenitore era assolutamente limpida!

Foto 18 Foto 19

Una curiosità:Questo sistema di filtraggio dell’acqua è particolarmente efficiente tanto che nei paesi in via disviluppo il filtraggio dell’acqua avviene ancora con questo sistema!

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Conclusioni:L’acqua si è trasferita dal recipiente più in alto a quello più in basso grazie alla combinazionedi due effetti: la capillarità, che fa risalire l’acqua attraverso i pori del tovagliolo, e la gravitàche fa ridiscendere l’acqua verso il contenitore posto più in basso.

Foto 20Foto 21

Classe 1C Scuola Secondaria di 1° Grado "G. Pascoli" di Benevento

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Hanno realizzato gli esperimenti

tutti i ragazzi della 1 C

Lucrezia AgriestiErika Cappabianca

Gianmaria Ciampa Nunzio Corleone

Alessia De Falco Antonio De Mercurio

Giovanni De TomaRaffaella Della Pietra

Gianmarco Della Porta

Francesca La TerzaRossana Iannasso

Luigi Pio Maio

Angelo Maio

Martina Pacillo

Martina Paternostro Giuseppe Pignatiello

Diego Schipani

Luigi Schipani

Giulia Tartaglia Polcini Martina Varricchio

Andrea Zollo

InsegnanteGiovanna Capretto

Vittorio Frattolillo