Se osservi la superficie dell’acqua di un lago in una giornata senza vento, vedrai che è piana e orizzontale.

Come si dispone la superficie dei liquidi?

Fissa la tua attenzione sulla superficie libera del liquido colorato nei diversi contenitori (la superficie libera è quella a contatto con l’aria). La direzione del filo a piombo è sempre verticale: confrontala con quella della superficie del liquido, vedrai che sono perpendicolari, cioè formano un angolo retto. La superficie libera di un liquido, dunque, è piana e orizzontale, anche quando si inclina il recipiente.

Le molecole che si trovano sulla superficie dell’acqua si legano tra loro in modo da formare una sottile pellicola.

Perché le gocce d’acqua hanno una forma sferica? Perché non si disgregano?

Come sai, le molecole di un liquido sono tenute insieme da forze di coesione piuttosto deboli. Osserva lo schema: le molecole poste all’interno si attraggono le une alle altre in modo abbastanza uniforme e in tutte le direzioni, le molecole poste in superficie, invece, sono attratte solo dalle molecole che hanno di fianco e da quelle in basso. Sulla superficie dell’acqua le molecole si avvicinano tra loro formando una specie di sottile pellicola elastica che si tende come una membrana a formare la goccia. La forza che produce questo fenomeno è detta tensione superficiale. Grazie alla tensione superficiale, alcuni insetti, come i gerridi ( 9 ), riescono a camminare sull’acqua senza sprofondare.

Tutti i liquidi hanno la stessa tensione superficiale?

Prova a versare su un piatto, usando un contagocce, una goccia di aceto ( a ), una di olio ( b ) e una di acqua ( c ). Vedrai che i tre liquidi si comportano in modo diverso: la goccia di aceto tende a spandersi velocemente, quella di olio forma una massa dalla superficie più curva e si spande più lentamente, quella di acqua tende a formare le masse quasi sferiche che già conosci.

Si può quindi pensare che la tensione superficiale cambi nelle varie sostanze liquide. Il mercurio ( d ), l’unico metallo presente in natura allo stato liquido, a temperatura ambiente forma gocce perfettamente sferiche: la sua tensione superficiale è molto grande.

Un piatto unto d’olio non si bagna facilmente: l’acqua si raccoglie in gocce che scivolano via. L’olio, infatti, aderisce al piatto ma non all’acqua. Questo fenomeno è reso possibile dall’esistenza di forze attrattive, dette forze di adesione, che si sviluppano fra sostanze diverse. L’olio sviluppa forze di adesione molto intense con la sostanza di cui è fatto il piatto e forze di adesione debolissime con l’acqua, che non viene trattenuta e scivola via. Per pulire dall’olio devi aggiungere un po’ di detersivo all’acqua che diventerà così capace di “bagnare” l’olio e di “portarlo via”. Ciò accade perché il detersivo indebolisce le forze di coesione tra le molecole d’acqua e permette alle forze di adesione di avere la meglio. Come vedi, molti fenomeni comuni si possono spiegare ammettendo l’esistenza di tali forze attrattive, di adesione e di coesione.

Come sono le forze di adesione tra liquidi e recipienti?

Le due provette contengono acqua e mercurio: l’acqua bagna le pareti della provetta e la sua superficie libera si dispone come la concavità verso l’alto come se volesse “salire” nei punti di contatto; il mercurio, al contrario, non bagna le pareti della provetta e la sua superficie libera si dispone con la concavità verso il basso, come se volesse “allontanarsi” dal vetro della provetta.

Esistono quindi liquidi come l’acqua, nei quali le forze di adesione con il vetro del recipiente prevalgono su quelle di coesione, e altri, come mercurio, nei quali le forze di adesione sono minori di quelle di coesione.

Un fenomeno legato alle forze di adesione è la capillarità. Osserva i garofani della fotografia 10: immersi in acqua colorata, dopo alcune ore hanno cominciato a colorarsi. Ciò significa che l’acqua colorata è salita lungo i fusti sino alle corolle come accade in natura all’acqua che sale dalle radici delle piante sino ai rami più alti.

In laboratorio è possibile trovare un apparecchio simile a quello illustrato di seguito: si tratta di tubi di vetro con diametro diverso collegati tra loro alla base e chiamati vasi comunicanti. Uno solo di essi ha diametro minore di 2 mm ed è perciò chiamato “capillare”, sottile come un capello.

Se si versa dell’acqua in uno dei vasi, si osserva che il liquido si dispone in tutti i vasi allo stesso livello, tranne nel capillare, dove raggiunge un livello maggiore. La capillarità è quindi la tendenza dell’acqua a salire nei vasi capillari. Il fenomeno si spiega pensando che in vasi così sottili la superficie di adesione con il vetro è molto grande rispetto alla quantità di acqua nel capillare e le forze di adesione, quindi, sono molto intense. Come hai visto, se i vasi comunicanti non sono capillari, il livello raggiunto dal liquido versato è lo stesso in ogni vaso. Tale fenomeno è conosciuto come principio dei vasi comunicanti.