La tensione superficiale

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1 La tensione superficiale Il fenomeno ha origine dalle forze di attrazione (coesione) tra le molecole del liquido, nel nostro caso l acqua. Sempre nel nostro caso le forze di attrazione tra molecole d acqua sono quelle dovute al legame a idrogeno. Possiamo osservare che la superficie dell acqua sembra una membrana elastica (che cambia forma ma non si rompe). Qui, nel liquido, la molecola d acqua è attirata in ugual misura in tutte le direzioni, pertanto la forza risultante a cui è sottoposta è nulla. Significa che sta lì, buona e ferma. Qui invece è attirata dalle altre molecole di acqua, verso l interno e non c è nulla che l attiri verso l esterno la risultante delle forze agenti sulla molecola è diretta verso il basso (R). Esiste un velo di molecole d acqua sottoposte ad una forte attrazione verso l interno. Questo velo di molecole si comporta come una pellicola elastica che comprime le particelle sotto. La forza che agisce sulla superficie e si chiama tensione superficiale, è l effetto della coesione. La coesione tra molecole d acqua è quella che determina la forma sferica delle gocce d acqua che cadono (dal rubinetto ). Le molecole d acqua sulla superficie esterna sono attirate verso l interno come contenute da una pellicola elastica che tende ad assumere la forma della superficie minima (che è quella sferica). 1

2 Coesione: le molecole del liquido si attirano tra loro Adesione: le molecole del liquido aderiscono alla superficie con la quale vengono a contatto (alla pelle di chi esce dalla piscina, ai vetri della finestra dopo la pioggia ). Nel bicchiere d acqua agiscono: adesione coesione (dappertutto, fuorché a contatto con il vetro!) L adesione ci spiega il fenomeno della capillarità, cioè il motivo per il quale i liquidi risalgono nei tubi molto sottili. Sempre nel bicchiere, pieno: tensione superficiale adesione Tensione interfacciale È la forza che agisce sulla superficie che divide due liquidi non miscibili (che non si mescolano, come olio ed acqua). Si misura in dine/cm (1N = 10 5 dine). 2

3 Come funzionano i tensioattivi? Il detersivo per piatti che abbiamo utilizzato nei nostri esperimenti è un tensioattivo. La molecola del tensioattivo è formata da una testa idrofila (= che sta vicino alle molecole d acqua e si mescola a loro) e da una coda idrofoba (= che non si mischia con le molecole d acqua). La forma della molecola di tensioattivo può essere schematizzata così: testa idrofila coda idrofoba Perché l aggiunta di tensioattivi in acqua fa calare la tensione superficiale? Perché le molecole di tensioattivo si dispongono con la testa in acqua e la coda fuori dall acqua, così: e allontanano le molecole d acqua che così si attirano con meno forza. Succede quello che abbiamo visto nell esperimento con il piatto ed il borotalco (lo stesso effetto che ci permette di produrre le bolle di acqua saponata). L effetto che vediamo è quello che otterremmo bucando una membrana elastica tesa si rompe velocemente e con facilità. NB: Le sostanze tensioattive riducono la tensione superficiale dei liquidi. [e molecole di liquido + tensioattivo si attirano con forza minore minore tensione superficiale e interfacciale]. I saponi ed i detergenti contengono tensioattivi. 3

4 Angolo di contatto e bagnatura L angolo di contatto è l angolo che una goccia di liquido forma con la superficie con la quale è a contatto, come si può vedere in figura. Si disegna la tangente alla goccia nel punto A. L angolo α è l angolo di contatto tra il liquido e la superficie. Tanto più α è grande, tanto meno la goccia si allarga sulla superficie e la bagna. Tanto più α è vicino a 0 tanto maggiore è la superficie che viene bagnata con una sola goccia di liquido. α > 90 maggiore α = maggiore tensione interfacciale fabbisogno d acqua elevato α < 90 α 0 minore α = minore tensione interfacciale fabbisogno d acqua ridotto 4

5 In altre parole se un liquido ha angolo di contatto più vicino agli 0 ne serve di meno per bagnare una stessa superficie perché il liquido si espande sulla superficie invece che restare lì in forma di goccia. Esiste una relazione tra angolo di contatto, tensione superficiale e bagnatura: più elevata è la tensione superficiale, più alto è l angolo di contatto e minore è la bagnatura. Ricorda che liquidi diversi hanno angoli di contatto diversi: Ad esempio: il mercurio (Hg) α > 90 scarsa bagnatura; l alcool α < 90 buona bagnatura; Ricorda che un liquido A con tensione interfacciale molto bassa permette ad un altro liquido B, con il quale si trovi a contatto, di mescolarsi con lui emulsione tra i liquidi non miscibili A e B. tensione superficiale angolo di contatto bagnatura 5

6 Stampa offset e la soluzione di bagnatura nelle zone dei contrografismi (zone non stampanti): dovrei avere soluzione di bagnatura con tensione superficiale bassa per bagnare bene la lastra. Come posso ridurre la tensione superficiale e α soluzione di bagnatura sulla lastra in modo da usare poca soluzione di bagnatura? Si introduce nella soluzione di bagnatura l alcool isopropilico, che riduce la tensione superficiale. L alcool isopropilico funziona come le molecole dei tensioattivi. Non bisogna introdurne troppo per evitare che l inchiostro possa entrare nelle zone non stampanti. il quantitativo di alcool isopropilico utilizzato in stampa offset è compreso tra il 3% ed il 10%. perché l alcool isopropilico: 1. evapora più lentamente di altri alcool (ad esempio l alcool etilico); 2. è meno infiammabile di altri alcool; 3. è miscibile con l acqua; 4. è poco tossico (comunque l ambiente di lavoro va ben aerato); 5. non intacca la gomma dei rulli e del tessuto gommato. aggiungendo alcool alla soluzione di bagnatura ottengo: 1. riduco la tensione (superficiale ed interfacciale) della soluzione di bagnatura serve meno soluzione di bagnatura per bagnare tutti i rulli la soluzione di bagnatura raggiunge meglio le estremità dei rulli. La soluzione di bagnatura si distribuisce più uniformemente sulla lastra. 2. poiché serve meno soluzione di bagnatura: a. l inchiostro secca prima c è meno controstampa in pila; b. la carta non rifiuta l inchiostro problemi connessi all uso di alcool: 1. è costoso; 2. è infiammabile; 3. evapora cambia la sua concentrazione durante la stampa; 6

7 4. bisogna controllare la sua concentrazione nella soluzione di bagnatura; 5. va tenuto refrigerato (come nella 4 colori) l alcool ha conduttività 0 e non influenza il ph. 7