Perchè il ghiaccio è freddo?

Perchè il ghiaccio è freddo?

Episodio 9

domenica 14/01/18 09:28 - ultimo aggiornamento: giovedì 11/01/18 09:47

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Sembra una domanda banale, ma non lo è. Freddo o caldo? Dipende… quando ho le mani congelate e le metto sotto l’acqua fredda, sento un leggero tepore. Freddo e caldo sono sensazioni relative, non dipendono solo dalla temperatura, ma anche dal materiale di cui è composto un oggetto, o meglio dal suo calore specifico e dalla sua conducibilità termica, fattori che fanno sì, per esempio, che se tocco una pentola bollente (circa 100°C) mi brucio, mentre non succede nulla o quasi se cammino sui carboni ardenti (più di 800°C). La temperatura regola il trasferimento di energia termica, cioè di calore da un corpo a un altro: se un oggetto ha una temperatura maggiore di un altro, cede calore fino a quando i due corpi non arrivano all’equilibrio termico, cioè alla stessa temperatura, fra due corpi che hanno la stessa temperatura non c’è passaggio di calore.

 

Esperimento di Margot

Occorrente
Termometro a infrarossi; cubetti di ghiaccio; blocchetto di alluminio e plastica; sottopentola di sughero o superficie di plastica; padella di alluminio o rame.

Come si fa
Prendete un sottopentola di sughero e una padella di alluminio. (potete fare lo stesso esperimento con dei blocchetti di plastica e di alluminio). Toccateli. L’alluminio è freddo, il sughero caldo, ma se misurate le temperature scoprirete che sono uguali, più o meno la temperatura dell’ambiente. Mettete sopra le due superfici, un paio di cubetti di ghiaccio: quello sulla padella di alluminio, che conduce bene il calore, si liquefà velocemente, l’altro sul sughero, che è un isolante, impiegherà molto più tempo. Il calore passa da un oggetto a temperatura più alta a uno a temperatura più bassa, finché non hanno la stessa temperatura. I materiali, come l’alluminio, facilitano il passaggio di calore, altri, come il sughero, no, sono isolanti. La padella di alluminio ha una temperatura superiore a quella del ghiaccio, così il calore passa dalla padella al ghiaccio e ne aumenta la temperatura liquefacendolo. Mentre il sughero, pur avendo una temperatura superiore al ghiaccio, non facilita il passaggio di calore e il ghiaccio non si liquefa. Nello stesso modo, il calore passa dalla vostra mano che è più calda alla padella e voi la sentite più fredda del sughero.

 

Curiosità

Perché il ghiaccio galleggia sull’acqua?
È una straordinaria proprietà dell’acqua: il suo stato solido (ghiaccio) ha una densità (massa/volume) minore del suo stato liquido, a differenza di quanto accade di solito, il risultato è che il ghiaccio galleggia. Il ghiaccio ha una struttura tridimensionale molto rigida, ciò è dovuto a particolari interazioni fra le molecole, i legami a idrogeno. Tale struttura lascia molti spazi vuoti. Questi spazi in parte si perdono con la trasformazione cui il ghiaccio si trasforma in acqua liquida, e le molecole sono più vicine. Essendoci più spazi vuoti, il ghiaccio ha una densità più bassa di quella dell’acqua. Molti dei legami idrogeno presenti nel ghiaccio sono mantenuti anche nell’acqua liquida, che raggiunge la densità massima intorno ai 4 °C, al di sopra della sua temperatura di congelamento. Se una massa d’acqua (per esempio, un fiume, un lago) viene a trovarsi in un ambiente in cui la temperatura si abbassa al di sotto di 4 °C, la densità dell’acqua diminuisce e questo le permette di risalire in superficie dove congela e non affonda. Lo strato di ghiaccio che si forma in superficie è come un isolante termico, protegge l’ambiente al di sotto dello strato congelato, permettendo ai pesci di continuare a vivere.

Perché si utilizza il sale sulle strade contro il gelo?
Il sale ha la proprietà di abbassare il punto di congelamento dell’acqua. A contatto con l’acqua, le molecole di sale si scindono in ioni, che si legano alle molecole d’acqua. Se la temperatura scende sotto zero, l’acqua comincia a formare i primi cristalli di ghiaccio, ma la presenza degli ioni interferisce con la loro crescita: questo equivale a dire che il punto di congelamento si abbassa. Aumentando la quantità di sale, il punto di congelamento scende fino a quando la soluzione non è satura: altro sale non riuscirebbe a sciogliersi. Sulle strade si usano cloruro di sodio (il comune sale da cucina) e cloruro di calcio. Il primo si sparge sulle vie ancora sgombre a scopo preventivo. Il secondo, più efficace, viene sciolto in soluzione e versato sulla neve o sul ghiaccio già esistenti. Il sale è idrofilo, gli piace l’acqua, anche quando è congelata. Se usate sale da cucina, la temperatura della miscela acqua ghiaccio e sale si può abbassare fino a -21°C senza congelare. La miscela è molto fredda ma il ghiaccio si fonde rapidamente. Ecco perché gettiamo sale sulle strade perché l’acqua non congeli, ma anche per far sciogliere lo strato di ghiaccio accumulato.

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