Tensione superficiale: differenze tra le versioni

 

A livello microscopico i liquidi sono composti di molecole tra cui si esplicano forze, principalmente di tipo elettrico, che dipendono fortemente dalla distanza intermolecolare <math>r</math>: quando quest'ultima è inferiore di un certo valore caratteristico (<math>r_0</math>) del tipo di sostanza, la forza tra due molecole diventa repulsiva. In generale, però, le molecole all'interno di un liquido si attraggono, in quanto la situazione normale prevede <math>r > r_0</math>, e la disposizione geometrica risponde ad un alto tasso di simmetria: questo porta al verificarsi dell'annullamento - in media - delle forze agenti sulla specifica molecola; per quanto riguarda, invece, le molecole sulla superficie libera, la simmetria non sussiste ed esse risentono di una forza diretta verso l'interno del liquido. Questo risultato indica che l'aumento della superficie libera non può avvenire spontaneamente: per un aumento <math>dS</math> di superficie bisogna perciò compiere un lavoro <math>dW</math>, definito come <math>dW = \gamma d S</math>. In quest'ultima espressione, <math>\gamma</math> indica la tensione superficiale e dipende dal tipo di liquido, dal gas che si trova al di sopra della superficie libera, dal solido o liquido con cui la sostanza in esame è a contatto e dalla temperatura <math>\biggl(\gamma\propto \frac{1}{T}\biggr)</math>.

 

=== Alcuni valori ===

 

<math>\begin{cases} dW_P + dW_ \gamma = 0 \\dW_p = \Delta p (4 \pi r^2 dr) \\ dW_ \gamma = - 2\gamma (8 \pi r dr) \end{cases}</math>

 

Dalle relazioni precedenti si deduce l'equazione di Laplace per le bolle di sapone:

* totale assenza di bagnabilità.

In conclusione, la bagnabilità, favorita da basse energie interfacciali, elevate energie superficiali <math>\gamma_S</math> e modeste tensioni superficiali, a parità di liquido bagnante (<math>\gamma_{LG}</math>) e di tipo di materiale solido, risulta fortemente influenzata dallo stato di levigatezza e dalla presenza di impurità sulla superficie del materiale stesso: ciò è osservabile sperimentalmente anche sotto forma di [[menisco (fisica)|menisco]].

 

== Termodinamica ==

Le azioni attrattive tra le [[Molecola|molecole]] di un liquido (le forze di ''[[coesione]]'') fanno sì che le molecole dello strato superficiale siano soggette a una forza risultante non nulla che tende a farle spostare verso l'interno; esse pertanto tendono a sfuggire dalla superficie limite del liquido e di conseguenza questa tende ad assumere la estensione minima possibile (in assenza di altre forze, la superficie minima, è quella sferica).