Vi siete mai chiesti perché, riempiendo un bicchiere d'acqua molto lentamente, l'acqua non deborda immediatamente quando raggiunge il bordo del bicchiere o perché le gocce d'acqua sono rotonde e si uniscono quando entrano in contatto? La risposta si può riassumere in poche parole: la tensione superficiale dell'acqua. Seguiteci e capirete tutto!
L'insetto che vedete qui sopra - che porta il simpatico nome di Gerris lacustris - cammina sull'acqua! Non è il solo, direte voi, ma è comunque un'impresa notevole. Qual è il suo segreto? È vero che è molto leggero, ma questo non spiega tutto!
Per svelare questo mistero, dobbiamo tuffarci (è il caso di dirlo) nell'intima struttura del più meraviglioso liquido inventato dalla natura, l'alfa e l'omega di tutta la vita sulla Terra e di tutti i fenomeni meteorologici: l'acqua.
Per farlo, dovremo parlare di atomi e molecole! No, non andatevene! In realtà non è così complicato.
Una molecola d'acqua è composta da 2 atomi di idrogeno e uno di ossigeno. Presi separatamente, questi atomi sono elettricamente neutri perché contengono tanti elettroni (con carica negativa) quanti protoni (con carica positiva). Una molecola d'acqua contiene un totale di 10 protoni e 10 elettroni, ma questi elettroni - sebbene condivisi tra i tre atomi - non sono distribuiti uniformemente all'interno della molecola perché l'atomo di ossigeno li corteggia assiduamente e ne attrae la maggior parte a sé. Di conseguenza, ha una carica negativa, mentre i due atomi di idrogeno hanno una carica positiva. La molecola dell'acqua è detta "polare", per questo si comporta come una piccola calamita: il suo lato positivo è attratto dal lato negativo dei suoi vicini e viceversa.
Una molecola d'acqua, ad esempio al centro di un bicchiere d'acqua, si troverà circondata da altre molecole d'acqua con le quali si legherà da tutti i lati. Poiché questa molecola è attratta allo stesso modo in tutte le direzioni, sarà molto stabile all'interno del liquido.
Le molecole d'acqua in superficie, invece, non saranno praticamente attratte dalle molecole che compongono l’aria (azoto, ossigeno, vapore acqueo) che le sovrastano. Pertanto, sono legate soprattutto alle molecole d’acqua sottostanti e a quelle vicine. Sebbene questi legami siano meno numerosi, sono particolarmente forti e difficili da rompere, dando alla superficie dell'acqua una maggiore”robustezza”, descritta fisicamente dalla "tensione superficiale".
Le molecole d'acqua che si trovano sulla superficie di un liquido si comportano un po' come un guscio più o meno rigido, o una pellicola di plastica. Questo spiega le piccole depressioni visibili sotto le zampe del Gerris Lacustris nella foto che apre questo articolo.
Il peso massimo di un oggetto che può essere tenuto in sospensione dalla tensione superficiale di un liquido dipende dalla forza di coesione delle molecole del liquido stesso.
La tensione superficiale è però in grado di tenere sollevati oggetti il cui peso è molto limitato. Il meccanismo fondamentale che agisce nel processo di galleggiamento è la forza di Archimede, la cui legge può essere riassunta come segue: un oggetto galleggia finché il peso del liquido spostato dalla parte immersa supera quello dell'oggetto stesso. Questa condizione si verifica quando la densità del liquido è maggiore di quella dell'oggetto. Ad esempio quando l'oggetto è cavo e il suo volume contiene molta aria, come nel caso di un transatlantico che, pur essendo di metallo, galleggia perché l'enorme volume d'acqua che sposta pesa più di lui.
In conclusione, bisogna aggiungere che il saggio Gerris Lacustris non lavora senza protezioni e ha più di un asso nella manica. Per garantire il suo galleggiamento, sotto le sue zampette ha lunghe setole rivestite di una cera idrofobica (idrorepellente) che contribuisce alle sue notevoli prestazioni.