Camminare sull'acqua: la tensione superficiale

Sono molti gli insetti capaci di rimanere sulla superficie dell'acqua senza sprofondare in essa, e tale capacità non è data dalla famosa legge di Archimede, bensì da un fenomeno chimico molto interessante denominato legame idrogeno.
Le molecole d'acqua sono composte da due atomi di idrogeno (H) ed uno di ossigeno (O), tenute insieme da un legame chimico forte (covalente polare).
La cosa interessante della molecola H2O è che i due idrogeni non sono orientati a 180º, bensì descrivono tra di loro un angolo di 104,5º (ibridazione sp3).

L'ossigeno è un atomo che, per sue caratteristiche intrinseche, ha la capacità di

attrarre su di se molti elettroni (vedi elettronegatività), che altro non sono che delle cariche elettriche negative. Questa caratteristica rende polare la molecola di acqua, ovvero dotata di un polo positivo (nelle vicinanze degli idrogeni) e di un polo negativo (vicino l'ossigeno).

Come ben sappiamo fin da quando giocavamo con le calamite, poli opposti si attraggono, ed è ciò che accade nell'acqua: il (di)polo positivo degli idrogeni attrae il (di)polo negativo dell'ossigeno di una molecola d'acqua adiacente. Tale legame attrattivo è il legame idrogeno, un legame debole che conferisce all'acqua numerose caratteristiche, tra cui la bagnabilità, di cui parleremo in futuro quando tratteremo il sapone.

Il legame idrogeno permette all'acqua di creare un sottile film sulla sua superficie, sfruttato dagli insetti grazie alle loro zampe sottili ed al loro peso minimo. Le zampe sottili e lunghe, infatti, permettono di distribuire il peso su una superficie adeguata, ed il peso limitato non fornisce la forza necessaria per rompere un legame idrogeno, per quanto debole sia.
In casa è possibile verificare questo fenomeno appoggiando delicatamente un ago o addirittura una monetina in una ciotola con dell'acqua.


Alcuni scienziati della Nano Robotics Lab hanno provato con successo ad imitare ciò che la natura ha inventato, riuscendo a creare alcuni robot in grado di muoversi sulla superficie dell'acqua, che potranno essere usati da militari, oppure per monitorare il flusso di fiumi o valutare l'inquinamento delle falde.

Video dei robot in azione:
stride II
wireleg strider
stride forward long bright