Effetto Loto

Il loto in Oriente è simbolo di purezza. E potrebbe forse essere altrimenti? Il loto cresce nelle paludi, ma le sue foglie non si bagnano, né si sporcano. Nonostante l’ambiente umido delle paludi le foglie restano sempre asciutte, nonostante la fanghiglia restano perfettamente pulite, non vi aderisce alcuna sporcizia. Com'è possibile tutto questo?

In chimica vige il principio “il simile scioglie il simile”: sostanze chimicamente simili si mescolano bene, in quanto riescono a produrre tutta una serie di interazioni intermolecolari che facilitano il processo, mentre sostanze dissimili non si mescolano facilmente. Il tessuto fogliare è ricoperto da uno strato di cera, che serve a impermeabilizzare la foglia: le cere sono dei lipidi, sostanze molto idrofobiche, cioé che respingono l’acqua; in questo modo la foglia è tutelata dall’azione dell’acqua che potrebbe farla marcire distruggendola. 
Se due sostanze sono dissimili, restano separate, formando due fasi distinte: alla loro interfaccia (il confine che le separa) si genera una forza chiamata tensione superficiale. Questo è dovuto all'azione delle forze che agiscono su una singola particella della sostanza: all'interno della fase sono perfettamente bilanciate, mentre all'interfaccia no (per via del contatto con l'altra sostanza). La tensione superficiale dipende dalla coesione molecolare: l'acqua e il mercurio sono degli esempi di sostanze liquide con un'elevata tensione superficiale, in quanto molto aggregate.

Questa forza è responsabile di diversi fenomeni, per esempio la formazione delle gocce: l’acqua, liquida, al contatto con l’aria si “raccoglie in se stessa”, offrendo la minore superficie possibile: ecco la goccia. Alcuni insetti inoltre la sfruttano per poter "camminare" sull'acqua.

Nelle foglie di loto c’è però qualcosa di più: hanno infatti una superficie nanostrutturata. Le nanostrutture hanno dimensioni paragonabili a quelle atomiche (un decimiliardesimo di metro) e allora divengono importanti i cosiddetti effetti quantistici, proprietà particolari della materia. Si può immaginare la superficie di un materiale convenzionale come un terrazzo; un materiale nanostrutturato è invece composto da una serie di "sferette", pertanto si ha un incremento notevole nella sua area superficiale e quindi di tutti i fenomeni che avvengono alla superficie: di conseguenza anche la tensione superficiale aumenta incredibilmente. In un materiale convenzionale le gocce impattano sulla superficie e si spandono, creando del bagnamento: in un materiale idrofobico nanostrutturato la tensione superficiale è talmente grande che le gocce non riescono a deformarsi e spandersi, per cui rimbalzano sulla superficie come fossero delle palline. La foglia ne risulta perfettamente asciutta, anzi l’acqua si tira dietro tutto lo sporco, lasciandola pulita. Per effetto poi del peso, la foglia si piega e lascia percolare via l'acqua, rimanendo perfettamente asciutta. Questo si chiama effetto loto.

Oggi si cerca di replicare artificialmente il principio, in modo da ottenere dei tessuti nanostrutturati, così da renderli del tutto impermeabili e refrattari allo sporco. Immaginate: vestiti che non si bagnano e, se sporchi, al minimo contatto con l'acqua si puliscono alla perfezione. Pensate solo al risparmio di acqua e di detergenti, all'effetto positivo sull'ambiente. Non è magia, è solo chimica.