TENSIOATTIVI: Tensione Superficiale e Bagnabilità

Questo sarà il primo di una serie di post sui concetti fondamentali che ogni spignattatore/spignattatrice deve sapere per formulare un prodotto di qualità. 😉

Metterò un po' di ordine nei post precedenti e farò un indice degli argomenti per rendere più agevole la consultazione delle voci.

Ma non mi voglio dilungare troppo... 

Quindi, cominciamo dalle basi!

TENSIONE SUPERFICIALE

La tensione superficiale si definisce come l'insieme delle forze coesive (unità di misura: N/m, dyne/cm) delle particelle costituenti un solido/fluido. Questo stato di tensione è proprio solo delle molecole superficiali, le quali subiscono un'attrazione verso la massa del liquido.

Infatti, le molecole interne sono completamente circondate da altre molecole e si trovano in uno stato di reciproco bilanciamento delle forze di attrazione: la somma delle sollecitazioni subita da ciascuna molecola è uguale a 0. 

Invece, le molecole sulla superficie non subiscono sollecitazioni in tutte le direzioni proprio per via della loro posizione di interfaccia: la somma delle sollecitazioni non è nulla, ma sbilanciata verso le molecole situate sia lateralmente che inferiormente.

Per questo motivo, il risultato è una forza di compressione verso l'interno che comporta la tendenza del liquido a contrarsi per occupare l'area minima che consente di contenere il suo volume (sfera).

Quando si parla di tensione superficiale, ci si riferisce principalmente a liquidi che si interfacciano solamente con un gas.

La tensione superficiale è inversamente proporzionale alla temperatura del fluido stesso ed è responsabile del fenomeno della capillarità.

A che cosa mi serve conoscere il concetto di tensione superficiale?

Esempio: l'acqua ha una tensione superficiale di 0,073 N/m e il valore è piuttosto elevato. Infatti l'acqua aderisce con difficoltà alle superfici con le quali entra in contatto. Questo mi permette di sapere che se voglio aumentare la capacità di "bagnare" dell'acqua nella mia formulazione, dovrò necessariamente utilizzare dei TENSIOATTIVI/SURFATTANTI per indebolire i legami idrogeno e modificare la sua tensione superficiale.

Quando, invece, si considera l'interfaccia tra liquido/liquido o liquido/solido supponendo anche la presenza di un gas (aria) all'interno del sistema, interviene un'altra variabile: la tensione interfacciale.

• INTERFACCIA: superficie di separazione tra due o più fasi in contatto tra loro.

Ecco le basi per un altro concetto molto importante, la bagnabilità.

BAGNABILITÀ

Nella maggior parte dei casi, non basta parlare di tensione superficiale (forze interne al fluido), a noi occorre sapere come si comporta il nostro fluido quando si interfaccia con elementi esterni ad esso. In particolare, ci interessa definire la bagnabilità di un fluido (ad esempio l'acqua o un olio) per poter poi decidere se e come agire su di esso in base al prodotto che vogliamo formulare (emulsione, sospensione...).

Perciò, il concetto di tensione superficiale illustrato prima ci serve per comprendere e determinare l'entità di questo importantissimo fenomeno. 

Come si determina la bagnabilità di un fluido?

• INDICE DI BAGNABILITÀ: esso rappresenta l'angolo di contatto tra un fluido e un'altra superficie (𝛉). Esso è determinato dalla natura chimico-fisica del fluido (tensione superficiale fluido-aria) e della superficie (tensione superficiale superficie-aria) e da come esse si interfacciano (tensione interfacciale fluido-superficie).

In linea di massima, possiamo quindi affermare quanto segue:

1. Se le forze di coesione (tensione superficiale) del fluido superano le forze di adesione esercitate dalla superficie, il fluido tende ad assumere sempre di più la forma di una sfera e a bagnare meno la superficie su cui si trova.
2. Viceversa, se le forze di coesione (tensione superficiale) del fluido sono inferiori rispetto alle forze di adesione esercitate dalla superficie, il fluido tende ad appiattirsi e ad espandersi bagnando di più la superficie su cui si trova.

Più è elevata è la dimensione di 𝛉, minore è la bagnabilità di un fluido.

CASI LIMITE:

𝛉 = 0° ➔ Bagnabilità Totale: ad esempio una goccia d'olio (bassissima tensione superficiale) su una lastra di vetro perfettamente liscia.

𝛉 = 180° ➜ Non Bagnabilità Totale: ad esempio una goccia di mercurio (altissima tensione superficiale) su una lastra di vetro perfettamente liscia.

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Per oggi è tutto, al prossimo post!!! 😄