La tensione superficiale di un liquido è una misura delle forze coesive che tengono insieme le molecole. È responsabile per una goccia d'acqua che assume una forma sferica e per gli effetti dei tensioattivi che producono bolle e schiume. Il valore della tensione superficiale dell'acqua a temperatura ambiente è noto con precisione a quattro cifre significative ed è consigliato come standard per la calibrazione di altri dispositivi. Una nuova ricerca in cui sono coinvolti Ines Hauner e Daniel Bonn (Istituto di Fisica) mostra ora che questo valore non è così universale come si credeva in precedenza.

I recenti esperimenti mostrano, sorprendentemente, che un nuovo creato, l'interfaccia aria/acqua incontaminata ha una tensione superficiale che è circa il 25% superiore al valore di equilibrio, che è noto essere 72,75 mN/m. Ricercatori di Amsterdam, Bordeaux e Sydney mostrano che un'interfaccia aria/acqua fresca non equilibrata ha una tensione superficiale di circa 90 mN/m. Hanno usato una videocamera ad alta velocità per osservare il rilascio di una goccia d'acqua risultante dalla rottura del collo del liquido che collega la goccia all'orifizio - vedi immagine. La loro analisi della dinamica di rottura su una scala temporale di millisecondi fornisce una tensione superficiale di circa 90 mN/m.

Nel passato, simili valori di tensione superficiale superiori all'equilibrio per l'acqua erano stati infatti riportati su scale temporali così brevi. Però, sono rimasti tutti molto controversi a causa di carenze metodologiche. In contrasto, Il professor Bonn afferma che "il metodo di studio della rottura delle goccioline dispensa dalle difficoltà precedenti:la procedura sperimentale è molto robusta, e le relative dinamiche pinch-off ben comprese."

Perché una discrepanza così ampia è stata trascurata per così tanto tempo? Il motivo è che la durata dello stato originario è inferiore a un millisecondo. Le vecchie tecnologie hanno tempi di risposta più lenti; solo i metodi moderni sondano i regimi dei microsecondi. Un altro aspetto notevole di questa scoperta è l'entità dell'effetto. Quando cloruro di sodio o idrossido di sodio viene aggiunto all'acqua in una concentrazione di una mole per litro, la tensione superficiale di equilibrio cambia solo di circa 2 mN/m. In contrasto, l'effetto riportato nei nuovi esperimenti produce una variazione di 17 mN/m. Questo è molto più grande della conseguenza di qualsiasi effetto elettrolitico e deve coinvolgere la struttura dell'acqua interfacciale.

Ci sono profonde conseguenze di questa scoperta per tutti i processi che coinvolgono l'acqua in tempi inferiori al millisecondo. Per esempio, l'intera sequenza di eventi nella stampa a getto d'inchiostro si verifica in questo intervallo di tempo e coinvolge inchiostri acquosi che formano goccioline a frequenze MHz. Anche molte applicazioni di spruzzatura in cui viene utilizzata acqua dovrebbero risentirne:un valore elevato della tensione dovrebbe rendere più difficile la produzione di piccole gocce. Inoltre, esiste una vasta letteratura che tenta di spiegare il valore della tensione superficiale dell'acqua di 73 mN/m, ma finora nessuno ha ritenuto che la superficie incontaminata abbia un valore ancora più alto.