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Una domanda sulla capillarità

Una insegnante di chimica mi chiede come si presenta il menisco dell'acqua e del mercurio in un tubo capillare se esso è fatto di plastica ed è quindi apolare.
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Una docente di chimica ha scritto: Quando si spiega la capillarità comunemente si presentano sempre i due sistemi vetro/acqua, mercurio/vetro e il relativo menisco. Mi sono chiesta (e ho chiesto anche ai miei studenti): come si presenta il menisco nei casi precedenti, in cui però il capillare è fatto di plastica (e quindi diciamo apolare)? Ebbene io mi sono fatta una risposta, ma gradirei la conferma da parte di un esperto, anche perché sul web non riesco ad avere informazioni in merito. Questa è la risposta: Cara collega, come sappiamo, la formazione dei menischi è molto più accentuata quanto più piccolo è il diametro del tubo in cui osserviamo il fenomeno ed è provocata dal rapporto tra l'intensità delle forze di coesione e quelle di adesione. È possibile avere un’indicazione dell’intensità delle forze di coesione considerando la tensione superficiale dei due liquidi; a 20 °C, essa vale circa 0,073 N/m nel caso dell’acqua e 0,47 N/m nel caso del mercurio. Quindi:
  1. caso acqua/vetro: prevalgono le forze di adesione tra le molecole d'acqua e il vetro e pertanto l'acqua bagna le pareti del capillare di vetro, dando origine ad un menisco inferiore (menisco concavo, con la concavità rivolta verso l’esterno del tubo);
  2. caso mercurio/vetro: dal momento che mercurio e vetro non hanno affinità chimica, prevalgono le forze di coesione del mercurio che non bagna le pareti del vetro e forma il menisco superiore (menisco convesso), fermandosi ad un livello inferiore rispetto a quello del mercurio esterno al capillare.
Alla luce di questo ragionamento, e tenendo presente che la plastica dei contenitori laboratoriali di LDPE (polietilene a bassa densità) è in effetti un materiale apolare, ci aspettiamo quanto segue.
  1. caso acqua/plastica: prevalgono le forze di coesione tra le molecole d'acqua e si forma un menisco superiore.
  2. caso mercurio/plastica: visto l’elevato valore di tensione superficiale, continua a prevalere la forza di coesione tra gli atomi del metallo, che anche in questo caso non bagna le pareti del capillare di plastica e forma un menisco superiore. Poiché l'affinità chimica del mercurio è più grande verso la plastica apolare che verso il vetro polare, il menisco dovrebbe essere in questo caso meno curvato e il liquido nel capillare dovrebbe "sprofondare" meno rispetto al livello del mercurio nel contenitore.
Per cercare conferme a quanto ipotizzato, ho effettuato le prove in laboratorio i cui risultati sono documentati nelle immagini sottostanti.
Come puoi notare, il menisco dell’acqua nel capillare di plastica è poco accentuato, ma la colonna di liquido è nettamente inferiore a quella nel capillare di vetro. Grazie per averci sottoposto un quesito curioso e utile per fare chiarezza! Buona fine dell'anno e buon lavoro!
chimica capillarità1
chimica capillarità2
chimica capillarità3

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