I.C. Giovanni Pascoli di Benevento Scuola Secondaria di 1 Grado Classe 1 sez. C La Tensione superficiale e la Capillarità
La Tensione Superficiale Abbiamo imparato che le molecole d acqua si attraggono tra loro, tuttavia, le molecole dello strato più superficiale a contatto con l aria sono attratte solo dalle molecole sottostanti, tale situazione crea una tensione visibile perché l acqua sembra ricoperta da una sottile pellicola elastica: questo fenomeno è chiamato tensione superficiale. La tensione superficiale è legata alle forze di coesione, ovvero alle forze che tengono unite particelle simili ed è propria di tutta la materia, anche se solo nei liquidi è facilmente osservabile. La tensione superficiale è una forza debole, per questo in grandi volumi i liquidi assumono la forma dei loro contenitori. Esistono sostanze che hanno capacità di modificare la tensione superficiale e, per questo, si chiamano tensio attive. Il più comune tensioattivo è il sapone, che allenta la tensione superficiale permettendo all acqua di distendersi in lamine sottili e formare lamine saponose e bolle di sapone.
Per capire meglio in cosa consiste la tensione superficiale e come agisce il sapone su di essa, abbiamo eseguito tre semplici esperimenti in classe durante le ore di scienze. Materiale occorrente: 1 graffetta 1 bicchiere d acqua 1 pezzettino di carta 1 Esperimento: Graffetta galleggiante 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
Osservazioni: La graffetta è rimasta a galla (Foto 2 e 3). Foto 2 Foto 3 Classe 1C Scuola Secondaria di 1 Grado "G. Pascoli" di Benevento 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.
Materiale occorrente: 1 piatto di plastica 1 bicchiere d acqua 3 stuzzicadenti Qualche goccia di sapone (noi abbiamo usato detersivo per piatti) 2 Esperimento: Stuzzicadenti mobili 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 5 Foto 4
Osservazioni: Appena abbiamo versato il sapone, gli stuzzicadenti si sono istantaneamente allontanati (Foto 6). 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.
Materiale occorrente: 1 bicchiere trasparente 30 ml di olio di semi (circa) 150 ml di acqua 30 ml di detersivo per piatti (o qualsiasi altro sapone) Qualche goccia di colorante liquido 1 cucchiaino 3 Esperimento: L emulsione dell olio Foto 7 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).
Procedimento: Infine, abbiamo aggiunto il sapone (Foto 8) e abbiamo mescolato bene aiutandoci con il cucchiaino (Foto 9). Foto 8 Foto 9 Classe 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 Foto 11 Classe 1C Scuola Secondaria di 1 Grado "G. Pascoli" di Benevento 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).
La Capillarità Alla tensione superficiale è legata anche la capillarità, una speciale forza adesiva che permette alle molecole d acqua di risalire sottili tubicini. Per spiegarla con un immagine è una forza antigravità che permette all acqua di salire anziché di scendere. Questo fenomeno avviene solo in tubicini sottili e dipende dalla combinazione di due 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, ad esempio grazie alla capillarità riusciamo ad inzuppare un biscotto nel latte, a lavare i vestiti ma, soprattutto, è la capillarità che permette al sangue di scorrere nelle vene e alla linfa grezza di risalire dalle radici alle foglie.
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 sedano 2 bicchieri pieni d acqua 2 coloranti alimentari (uno rosso ed uno blu) 1 cucchiaino Foto 12 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).
Osservazioni: Il giorno successivo, entrando in classe, abbiamo potuto osservare che i gambi di sedani si sono colorati uno di blu (Foto 13) e l altro di rosso (Foto 14 e 15), fino alla punta delle foglie. Foto 13 Foto 14 Foto 15 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.
2 Esperimento: Depuratore fai da te Materiale occorrente: 2 contenitori a bordi alti di capacità simile 1 tovagliolo di stoffa 1 tazza di terra Qualche libro 1 banco 500 ml di acqua (circa) Foto 17 Foto 16 N.B. Per accelerare il processo, abbiamo bagnato il tovagliolo prima di attorcigliarlo. 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.
Osservazioni: Il giorno successivo, entrando in classe, abbiamo potuto osservare che buona parte dell 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 di sviluppo il filtraggio dell acqua avviene ancora con questo sistema!
Foto 20 Foto 21 Conclusioni: L acqua si è trasferita dal recipiente più in alto a quello più in basso grazie alla combinazione di due effetti: la capillarità, che fa risalire l acqua attraverso i pori del tovagliolo, e la gravità che fa ridiscendere l acqua verso il contenitore posto più in basso.
Hanno realizzato gli esperimenti tutti i ragazzi della 1 C Lucrezia Agriesti Alessia De Falco Erika Cappabianca Gianmaria Ciampa Antonio De Mercurio Diego Schipani Nunzio Corleone Luigi Pio Maio Raffaella Della Pietra Gianmarco Della Porta Andrea Zollo Giovanni De Toma Angelo Maio Luigi Schipani Rossana Iannasso Francesca La Terza Martina Pacillo Martina Paternostro Giulia Tartaglia Polcini Giuseppe Pignatiello Vittorio Frattolillo Martina Varricchio Insegnante Giovanna Capretto