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La coesione (dal latino cohaesiō “aggrapparsi” o “unità”) o attrazione coesiva o forza coesiva è l’azione o la proprietà di molecole simili che si attaccano insieme, essendo reciprocamente attraenti. È una proprietà intrinseca di una sostanza che è causata dalla forma e dalla struttura delle sue molecole, che rende irregolare la distribuzione degli elettroni circostanti quando le molecole si avvicinano le une alle altre, creando un’attrazione elettrica che può mantenere una struttura microscopica come una goccia d’acqua. In altre parole, la coesione permette la tensione superficiale, creando uno stato “simile al solido” su cui possono essere posti materiali leggeri o a bassa densità.
L’acqua, per esempio, è fortemente coesiva poiché ogni molecola può fare quattro legami idrogeno ad altre molecole d’acqua in una configurazione tetraedrica. Questo si traduce in una forza di Coulomb relativamente forte tra le molecole. In termini semplici, la polarità (uno stato in cui una molecola è caricata in modo opposto sui suoi poli) delle molecole d’acqua permette loro di essere attratte le une dalle altre. La polarità è dovuta all’elettronegatività dell’atomo di ossigeno: l’ossigeno è più elettronegativo degli atomi di idrogeno, quindi gli elettroni che condividono attraverso i legami covalenti sono più spesso vicini all’ossigeno che all’idrogeno. Questi sono chiamati legami covalenti polari, legami covalenti tra atomi che diventano così caricati in modo opposto. Nel caso di una molecola d’acqua, gli atomi di idrogeno portano cariche positive mentre l’atomo di ossigeno ha una carica negativa. Questa polarizzazione di carica all’interno della molecola le permette di allinearsi con le molecole adiacenti attraverso un forte legame idrogeno intermolecolare, rendendo il liquido bulk coeso. I gas di Van der Waals come il metano, tuttavia, hanno una debole coesione dovuta solo alle forze di van der Waals che operano per polarità indotta in molecole non polari.
La coesione, insieme all’adesione (attrazione tra molecole diverse), aiuta a spiegare fenomeni come il menisco, la tensione superficiale e l’azione capillare.
Il mercurio in un pallone di vetro è un buon esempio degli effetti del rapporto tra forze coesive e adesive. A causa della sua alta coesione e bassa adesione al vetro, il mercurio non si espande fino a coprire il fondo della beuta, e se ne viene messo abbastanza nella beuta per coprire il fondo, mostra un menisco fortemente convesso, mentre il menisco dell’acqua è concavo. Il mercurio non bagnerà il bicchiere, a differenza dell’acqua e di molti altri liquidi, e se il bicchiere viene rovesciato, “rotolerà” all’interno.