Come piccoli scienziati

ESPERIENZA DIDATTICA LABORATORIALE (completa) sulla Tensione superficiale dell'acqua.

"Il mistero della ... pelle dell'acqua!"

Per rendere più accattivante l'argomento e il concetto di tensione superficiale dell'acqua, come fenomeno fisico, ho utilizzato una storia dove i protagonisti, un astro-fisico e una zanzara, hanno reso l'attività giocosa e gradevole. Il tutto, però,  sempre supportato da esperimenti scientifici eseguiti in laboratorio.

  

La storia comincia

Capitano:-Ciao a tutti sono Morgan, un astro-fisico che vuole conoscere  Il mistero della… “pelle dell’acqua” che ricopre gran parte del Pianeta Azzurro. Dovrei conoscere la scienza come le mie tasche, ma ho un sacco di dubbi, perciò, ho deciso di scendere in campo e chiedere delucidazioni a chi la fisica la vive davvero tutti i giorni… 

Dopo l’atterraggio e un giro nella palude Zanzibar, il capitano  scorge  il “Laghetto delle zanzare sagge” , si avvicina e inizia ad interloquire con Zanzy, la zanzara più saggia.

Capitano:- Buongiorno signora Zanzy, le va di raccontarmi come fate a camminare sull’acqua come dei veri pattinatori?

Zanzy: -Buongiorno a lei signor capitano,  con grande orgoglio le dico che è grazie alla nostra leggerezza che possiamo sfruttare il pelo d’acqua, meglio conosciuto scientificamente  come tensione superficiale. 

Capitano:-Mi scusi,cos’è di preciso la tensione superficiale?

Zanzy:-Non sa cos’è la tensione superficiale? Ora le spiego:la tensione superficiale è quella forza che si stabilisce fra le molecole d’acqua che stanno in superficie a contatto diretto con l’aria, proprio una lineea di confine tra due sostanze diverse(aria e acqua).  La forza di attrazione, la cosiddetta forza di coesione, è così forte  che le molecole si tengono strette tra loro proprio come una collana di perle. Queste molecole, infatti, grazie alla loro grande attrazione formano una specie di pellicola tanto da  formare un pavimento resistente capace di sopportare il nostro peso.
Capitano:- Molto bene, ora ho le idee un po' più chiare!

Esperimento in laboratorio: "L'ago come le zanzare"

Per dimostrare che ciò è realmente vero abbiamo fatto in laboratorio l'esperimento con l'ago, leggero proprio come una zanzara..Materiale utilizzato
- becher -acqua- ago -pinzetta
Procedimento

Abbiamo riempito il becher d'acqua, poi con la pinzetta e con cura abbiamo appoggiato l'ago sulla superficie in modo che non si bagnasse.

Conclusione

Con meraviglia abbiamo potuto osservare effettivamente che l'acqua sostiene l'ago, proprio come l'acqua sostiene le zanzare.

  

Zanzy- Devi sapere, caro capitano, che anche le gocce si formano grazie alla tensione superficiale e ai nostri occhi appaiono come delle piccole lune...

Esperimento : "Giochiamo con le gocce"

Materiale utilizzato

- becher - acqua- pipetta

Procedimento

Abbiamo riempito il becher d'acqua, poi con la pipetta abbiamo fatto cadere sul dorso delle nostre mani alcune gocce d'acqua per poterle osservare meglio.

Osservazione

Vediamo che esse sono rimaste compatte sotto forma di cupole e neanche bucandole con un ago si sono appiattite.

Conclusione

Il rigonfiamento si forma perchè le molecole superficiali, che si comportano proprio come una pellicola, avvolgono il liquido  facendole assumere  questa forma per occupare il minor spazio possibile.

Zanzy: - Scientificamente devi sapere che la forma delle gocce si chiama "menisco", dal greco menisKos che significa proprio "piccola luna".

Capitano:- A questo punto, giacchè sai tutto sul mistero del "pelo d'acqua" , spiegami bene la storia della "tensione superficiale" e dei detersivi, i cosiddetti "tensioattivi"...

Zanzy: - Ok! Devi saper che i detersivi,scientificamente chiamati tensioattivi, sono i prodotti che voi umani usate come detergenti per togliere lo sporco.Questi prodotti hanno il potere di abbassare la tensione superficiale dell'acqua, cioè le molecole non sono più abbracciate, ma si tengono solo per mano, perchè il detersivo agisce come una forbice che fa un buco in mezzo e la taglia.
Per verificare questo fenomeno prova a mettere una magliaetta sporca di unto solo nell'acqua pura e ti accorgerai che la macchia rimane attaccata come una ventosa. il motivo è semplice : l'acqua da sola non riesce a staccare la macchia, perchè le sue molecole sono troppo appiccicate tra loro e non riescono a penetrare nelle fibre. 
Se, invece, versiamo nell'acqua del detersivo succede una cosa straordinaria: le molecole di sapone, che hanno la forma di vermetti con una testa e una coda,
 si agganciano con la testa alle molecole dell'acqua e con la coda allo sporcoper poterlo staccare. Una volta staccata la macchia le molecole dell'acqua e del detersivo, come in un girotondo, tengono sospeso lo sporco per evitare che si depositi da un'altra parte.

 Alla fine basta un bel risciacquo per spazzare tutto.  Sono stata chiara?

Capitano:- Chiarissima, le sarò sempre riconoscente per sempre!!!

Esperimento : "Girotondo delle molecole"

Per dimostrare che ciò è realmente vero abbiamo lo abbiamo verificato con un esperimento pratico.

Materiale utilizzato
- olio - pipetta - 2 pezzi di stoffa - 2 ciotoline -detersivo 

Procedimento
Abbiamo preso i due pezzetti  di stoffa e con la pipetta li abbiamo macchiati di olio,poi abbiamo preparato le due ciotoline, in una mettendo solo acqua pura, nell'altra aggiungendo anche del detersivo.

Dopo  di ciò abbiamo preso i pezzi di stoffa e li abbiamo messe in ammollo per  circa dodici ore; infine li abbiamo risciacquati e messi  ad asciugare.

Conclusione
Sul pezzo di stoffa messo a bagno solo nell'acqua la macchia dell'olio è rimasta intatta, mentre sull'altro pezzo, messo a bagno con acqua e detersivo, la macchia è sparita. Quindi, possiamo concludere che è proprio vero che se si abbassa la tensione superficiale dell'acqua, le molecole  del detersivo penetrano all'interno delle fibre e staccano lo sporco.Il risciacquo, poi  lo si elimina definitivamente.