Menisco (chimica): in cosa consiste e tipi
Il menisco è la curvatura della superficie di un liquido. Inoltre, è la superficie libera di un liquido nell'interfaccia aria-liquido. I liquidi sono caratterizzati da un volume fisso, non comprimibile.
Tuttavia, la forma dei liquidi varia adottando la forma del contenitore che li contiene. Questa caratteristica è dovuta al movimento casuale delle molecole che le formano.
I liquidi hanno la capacità di scorrere, ad alta densità e si diffondono rapidamente in altri liquidi con cui sono miscibili. Occupano per gravità l'area più bassa del contenitore, lasciando nella parte superiore una superficie libera che non è completamente piana. In alcune circostanze possono adottare forme speciali come gocce, bolle e bolle.
Le proprietà dei liquidi come il punto di fusione, la tensione di vapore, la viscosità e il calore di vaporizzazione dipendono dall'intensità delle forze intermolecolari che danno coesione ai liquidi.
Tuttavia, i liquidi interagiscono anche con il contenitore per forze di adesione. Il menisco deriva quindi da questi fenomeni fisici: la differenza tra le forze di coesione tra le particelle del liquido e l'adesione che consente loro di bagnare le pareti.
Qual è il menisco?
Come appena spiegato, il menisco è il risultato di diversi fenomeni fisici, tra i quali si può menzionare anche la tensione superficiale del liquido.
Forze di coesione
Le forze di coesione sono il termine fisico che spiega le interazioni intermolecolari all'interno del liquido. Nel caso dell'acqua, le forze di coesione sono dovute all'interazione dipolo-dipolo e ai legami idrogeno.
La molecola d'acqua è di natura bipolare. Questo perché l'ossigeno nella molecola è elettronegativo perché ha una maggiore avidità per gli elettroni rispetto agli idrogeni, il che determina che l'ossigeno rimane con una carica negativa e gli idrogeni sono caricati positivamente.
Esiste un'attrazione elettrostatica tra la carica negativa di una molecola d'acqua, situata nell'ossigeno, e la carica positiva di un'altra molecola d'acqua, situata negli idrogeni.
Questa interazione è ciò che è noto come interazione o forza dipolo-dipolo, che contribuisce alla coesione del liquido.
Forze di adesione
D'altra parte, le molecole d'acqua possono interagire con le pareti di vetro caricando parzialmente gli atomi di idrogeno delle molecole d'acqua che si legano fortemente agli atomi di ossigeno sulla superficie del vetro.
Ciò costituisce la forza di adesione tra il liquido e la parete rigida; Colloquialmente si dice che il liquido bagna il muro.
Quando una soluzione di silicone viene posizionata sulla superficie del vetro, l'acqua non impregna completamente il vetro, ma su di esso si formano delle goccioline facilmente rimovibili. Pertanto, è indicato che con questo trattamento diminuisce la forza di adesione tra l'acqua e il vetro.
Un caso molto simile si verifica quando le mani sono unte e, una volta lavate in acqua, si possono vedere gocce ben definite sulla pelle anziché sulla pelle umida.
Tipi di menisco
Esistono due tipi di menisco: il concavo e il convesso. Nell'immagine, il concavo è A e il convesso B. Le linee tratteggiate indicano il segno corretto quando si legge una misura del volume.
concavo
Il menisco concavo è caratterizzato dal fatto che l'angolo di contatto θ formato dalla parete del vetro con una linea tangente al menisco e che viene introdotto nel liquido ha un valore inferiore a 90 °. Se una quantità di liquido è posta sul vetro, tende a diffondersi sulla superficie del vetro.
La presenza di un menisco concavo mostra che le forze di coesione all'interno del liquido sono inferiori alla forza di adesione della parete di vetro.
Pertanto, il liquido bagna o bagna la parete di vetro, trattenendo una quantità di liquido e concava il menisco. L'acqua è un esempio di un liquido che forma un menisco concavo.
convesso
Nel caso del menisco convesso, l'angolo di contatto θ ha un valore maggiore di 90 °. Mercurio è un esempio di un liquido che forma menischi convessi. Quando una goccia di mercurio viene posizionata su una superficie di vetro, l'angolo di contatto θ ha un valore di 140 °.
L'osservazione di un menisco convesso indica che le forze coesive del liquido sono di grandezza maggiore della forza di adesione tra il liquido e la parete di vetro. Si dice che il liquido non inumidisca il vetro.
Le forze superficiali di coesione (liquido-liquido) e adesione (liquido-solido) sono responsabili di molti fenomeni di interesse biologico; questo è il caso della tensione superficiale e della capillarità.
Tensione superficiale
La tensione superficiale è una forza di attrazione netta che viene esercitata sulle molecole del liquido che si trova sulla superficie e tende ad introdurle nel liquido.
Pertanto, la tensione superficiale tende a legare il liquido e dare loro più menischi concavi; o in altre parole: questa forza tende a rimuovere la superficie del liquido dalla parete di vetro.
La tensione superficiale tende a diminuire all'aumentare della temperatura, ad esempio: la tensione superficiale dell'acqua è pari a 0, 076 N / m a 0 ° C e 0, 059 N / m a 100 ° C.
Nel frattempo, la tensione superficiale del mercurio a 20 ° C è 0, 465 N / m. Questo spiegherebbe perché il mercurio forma un menisco convesso.
capillarità
Se l'angolo di contatto θ è inferiore a 90 ° e il liquido bagna la parete di vetro, il liquido all'interno dei capillari di vetro può salire fino a raggiungere una condizione di equilibrio.
Il peso della colonna liquida è compensato dalla componente verticale della forza di coesione dovuta alla tensione superficiale. La forza di adesione non interviene perché sono perpendicolari alla superficie del tubo.
Questa legge non spiega come l'acqua possa ascendere dalle radici alle foglie attraverso i vasi dello xilema.
In realtà ci sono altri fattori coinvolti in questo senso, ad esempio: quando l'acqua evapora nelle foglie permette di aspirare le molecole d'acqua nella parte superiore dei capillari.
Ciò consente ad altre molecole dal fondo dei capillari di salire per occupare il sito delle molecole d'acqua evaporate.
