Re: H20 allo stato liquido anche sottozero

From: De Marco Antonio <ant.demarco_at_libero.it>
Date: Mon, 12 Feb 2001 18:52:50 GMT

"Niky" <io_at_tin.it> ha scritto nel messaggio
news:95hgae$mf8$1_at_fe1.cs.interbusiness.it...
> Salve a tutti. Vorrei porvi una domanda, forse per voi sar� banale ma mi
> incuriosisce molto.
> Il mio prof di fisica (4^ liceo) ci ha spiegato il processo per cui si pu�
> portare la temperatura dell'acqua anche al di sotto di 0�C senza che essa
> ghiacci, (ovvero, dice lui, mantenendola il pi� possibile "ferma" cio�
> evitando qualsiasi tipo di movimento e nello stesso tempo diminuire la
> temperatura moooolto lentamente). Ci ha anche detto che alla minima
> perturbazione (ad esempio un sassolino che cade) essa ghiaccerebbe
> immediatamente. La cosa mi ha lasciato un po' scettico. Poi abbiamo anche
> considerato che se la temperatura finale non raggiunge un certo valore
> sottozero l'acqua "turbata" non ghiaccia tutta, ma ne rimane anche di
> liquida (a 0�C, poich� la sua temperatura � aumentata per permettere
> all'altra acqua di ghiacciare). La mia domanda �: qual � l'acqua che
> ghiaccia? Quella che per prima risente del turbamento oppure quella
> superficiale?
> Spero di non aver detto eresie (il fenomeno mi sembra ancora molto
> particolare...) e spero qualcuno sappia darmi una risposta.
>
> Grazie a tutti per l'attenzione.
>
> Ciao. �Niky�
>
Risposta
Il tuo professore ha ragione e penso che dovresti esprimere a lui i tuoi
dubbi e farteli chiarire meglio.
Il fenomeno al quale tu ti riferisci prende il nome di sovraraffreddamento e
non � solo una caratteristica dell'acqua ma interessa anche altre sostanze.
Prima di far riferimento al tuo quesito conviene dire alcune cose sul
processo fusione - solidificazione.
E' evidente che per fondere una sostanza pura cristallina � necessario che
ad essa venga somministrata una certa quantit� di energia sotto forma di
calore.
Con il riscaldamento la temperatura della sostanza man mano aumenta e quando
ha raggiunto il valore corrispondente al punto di fusione, il solido si
trasforma bruscamente in liquido. Il punto di fusione � un valore definito e
dipende dalla pressione esterna.
Se il processo viene condotto in particolari condizioni si osserver� che il
passaggio completo dallo stato solido a quello liquido richiede un certo
tempo durante il quale solido e liquido si vengono a trovare in equilibrio e
la temperatura rimane costante pur continuando il sistema ad assorbire
calore.
La completa scomparsa del solido indica che il processo si � concluso e
nello stesso tempo si nota che, continuando il riscaldamento, la temperatura
del liquido formatosi riprender� ad innalzarsi.
 Il calore assorbito in questa fase in cui la temperatura rimane costante
prende il nome di calore latente di fusione e serve soprattutto per
permettere la distruzione della struttura cristallina che caratterizza i
solidi.
Se il liquido cos� ottenuto viene raffreddato la solidificazione ha luogo
alla stessa temperatura per la stessa pressione. Quindi per una sostanza
pura i punti di fusione e solidificazione sono identici.
Da ci� si ricava che per ogni sostanza pura e per ogni pressione esiste una
temperatura ben definita alla quale solido puro e liquido puro possono
coesistere in equilibrio fra di loro.
Con l'inizio della solidificazione si comincer� a notare la formazione della
fase solida sotto forma cristallina e la temperatura smetter� di diminuire
fino alla totale solidificazione del liquido.
Mentre la formazione del solido procede viene emessa una certa quantit� di
calore che quando la solidificazione sar� completa, eguaglier� il calore
assorbito durante la fusione.
Durante il processo di raffreddamento � possibile che si verifichi il
fenomeno del sovraraffeddamento. Ci� pu� dipendere dal fatto che in assenza
di agitazione in seno al liquido si crea uno stato stazionario o metastabile
per cui la massa perde calore solo attraverso le pareti del recipiente e
attraverso il termometro. In queste condizioni si formano dei cristalli solo
negli strati adiacenti il termometro e vicino alle pareti mentre la massa
interna del liquido rimane ancora liquida. Quindi il termometro segna gi�
una temperatura un poco pi� bassa di quella di solidificazione e nello
stesso tempo il liquido che solidifica cedendo calore, rallenta il processo
di solidificazione attorno al termometro.
Siccome ci si trova di fronte ad una condizione di bassa stabilit� avviene
che spontaneamente o con l'aggiunta di una piccola quantit� di solido tutta
la massa repentinamente solidifica e si ripristina anche il valore della
temperatura corrispondente al punto di solidificazione. Si usa anche il
termine di 'trasformazione ritardata' ed in realt� non si tratta di un
fenomeno isolato in quanto anche nel passaggio vapore-liquido e viceversa si
pu� verificare qualcosa di simile.
Infine � da tenere presente che con il sovraraffreddamento non si
raggiungono abbassamenti di temperatura molto distanti dal punto di
solidificazione in quanto lo stato di instabilit� non dura a lungo.
In laboratorio e persino a casa si pu� tentare di fare un esperimento in
quanto sarebbe necessario avere a disposizione un termometro, un provettone
munito di un tappo anche di sughero e come bagno frigorifero si pu�
utilizzare una miscela di ghiaccio tritato e sale da cucina. Poich� per
tutta la durata della solidificazione del liquido viene emessa una certa
quantit� di calore, sar� necessario che il bagno frigorifero abbia la
possibilit� di assorbirlo per cui la sua temperatura deve essere
adeguatamente inferiore a quella del punto di fusione del liquido.
Ti saluto Antonio De Marco
Received on Mon Feb 12 2001 - 19:52:50 CET