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Titolo: H20 allo stato liquido anche sottozero

Salve a tutti. Vorrei porvi una domanda, forse per voi sarŕ banale ma mi
incuriosisce molto.
Il mio prof di fisica (4^ liceo) ci ha spiegato il processo per cui si puň
portare la temperatura dell'acqua anche al di sotto di 0°C senza che essa
ghiacci, (ovvero, dice lui, mantenendola il piů possibile "ferma" cioč
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, poiché la sua temperatura č aumentata per permettere
all'altra acqua di ghiacciare). La mia domanda č: qual č 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§

particolare...) e spero qualcuno sappia darmi una risposta.
E' un caso di equilibrio metastabile, un caso interessante peraltro.
Si verifica comunemente anche nella parte alta dei cumulonembi.

plasm...@hi.energy ha scritto:

Puoi indicare altre proprietà su questo equilibrio.
Grazie.
DAnilo.


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 è 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 è necessario che
ad essa venga somministrata una certa quantità 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 è un valore definito e
dipende dalla pressione esterna.
Se il processo viene condotto in particolari condizioni si osserverà 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 è concluso e
nello stesso tempo si nota che, continuando il riscaldamento, la temperatura
del liquido formatosi riprenderà 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 così 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 ciò 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 comincerà a notare la formazione della
fase solida sotto forma cristallina e la temperatura smetterà di diminuire
fino alla totale solidificazione del liquido.
Mentre la formazione del solido procede viene emessa una certa quantità di
calore che quando la solidificazione sarà completa, eguaglierà il calore
assorbito durante la fusione.
Durante il processo di raffreddamento è possibile che si verifichi il
fenomeno del sovraraffeddamento. Ciò può 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 già
una temperatura un poco più 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 stabilità avviene
che spontaneamente o con l'aggiunta di una piccola quantità 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 realtà non si tratta di un
fenomeno isolato in quanto anche nel passaggio vapore-liquido e viceversa si
può verificare qualcosa di simile.
Infine è da tenere presente che con il sovraraffreddamento non si
raggiungono abbassamenti di temperatura molto distanti dal punto di
solidificazione in quanto lo stato di instabilità non dura a lungo.
In laboratorio e persino a casa si può 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 può
utilizzare una miscela di ghiaccio tritato e sale da cucina. Poiché per
tutta la durata della solidificazione del liquido viene emessa una certa
quantità di calore, sarà necessario che il bagno frigorifero abbia la
possibilità di assorbirlo per cui la sua temperatura deve essere
adeguatamente inferiore a quella del punto di fusione del liquido.
Ti saluto Antonio De Marco