Perché il ghiaccio raffredda le bevande

La risposta che è dentro ognuno di noi è: “perché il ghiaccio è freddo!”, ma è (come insegnava Guzzanti) sbagliata.

O almeno incompleta, dato che il motivo principale è perché è solido. Se infatti in un bicchiere d’acqua a temperatura ambiente mettiamo del ghiaccio, questo si scioglie rimanendo a zero gradi centigradi. L’acqua fornisce calore – raffreddandosi – per far passare il ghiaccio dallo stato solido a quello liquido. L’energia ceduta negli urti delle molecole di acqua a quelle del ghiaccio serve a rompere la struttura cristallina in cui le molecole di H2O sono imprigionate.

Questo legame intermolecolare è molto più forte di quello di agitazione termica dell’acqua: servono infatti 79.6 calorie per sciogliere un grammo di ghiaccio, ma ne basta una per scaldare un grammo d’acqua di un grado. Nei passaggio di stato la temperatura dei corpi non cambia e quindi il 92% del raffreddamento di una bevande è dovuto al calore ceduto per fondere il ghiaccio e l’8% va nello scaldare il ghiaccio fuso da 0ºC alla temperatura di equilibrio (le formule pizzose sono sotto). Questa quantità potrebbe essere portato a zero, ad esempio chiudendo in ghiaccio in una busta di plastica e mettendo la busta in un colino da tè.

Facendo scorrere l’acqua nella tazza questa scioglie il ghiaccio ma non ha tempo per scaldare l’acqua appena fusa. La bevanda è quindi fredda ma un po’ annacquata, cosa che fa impazzire i puristi del whisky (infatti hanno inventato una specie di orribili cubetti di plastica con un liquido all’interno).

Un singolo cristallo di ghiaccio (Immagine Kichiglin by Shutterstock)

Un singolo cristallo di ghiaccio (Immagine Kichigin by Shutterstock)

Oltre allo stato liquido ed aeriforme, l’acqua ha diciassette tipi diversi di ghiaccio: oltre a quello classico, in diverse condizioni di pressione e temperatura le molecole si possono disporre secondo diverse strutture cristalline. Lo stato stabile dell’acqua a temperatura ambiente è quello liquido e sotto 0ºC è quello solido. Si può avere acqua superraffreddata, che congela istantaneamente appena toccata. A questo punto è obbligatorio citare il ghiaccio-9, forma fantascientifica di ghiaccio creata da Kurt Vonnegut in Cat’s cradle (ghiaccio 9 in italiano). Nel romanzo, il geniale autore ipotizzava che potesse esistere una struttura di ghiaccio che a temperatura ambiente fosse più stabile della forma liquida.

Ponendo il ghiaccio-9 a contatto con l’acqua, essa si congelerebbe istantaneamente anche a temperatura ambiente, con devastanti conseguenze per la Terra. Il ghiaccio-9 non esiste, ma la ricerca dello stato fondamentale della materia è ancora aperta. Infatti una delle ipotesi è che lo stato base sia costituto da strangelets, agglomerati di quark la cui energia fosse più bassa di quella della materia ordinaria. Al momento non si ha una verifica sperimentale di questo ipotizzato stato della materia, anche se al momento di attivare LHC, l’acceleratore del Cern di Ginevra, ci furono un po’ di polemiche sulla possibilità che – come il ghiaccio 9 – potessero distruggere il mondo.

In realtà gli urti dei raggi cosmici avvengono ad energie mille volte più alte di quelli di LHC al Cern per cui on corriamo rischi. La materia strana nucleare potrebbe comunque trovarsi in stelle di quark o al centro delle stelle di neutroni.

Formule pizzose:

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Immagine di copertina: Aleksandar Grozdanovski by Shutterstock

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Author: Marco Casolino

Fisico, è Primo ricercatore presso l’Istituto nazionale di fisica nucleare, all’Università di Roma Tor Vergata e lavora presso laboratori giapponesi del Riken, ove è Team leader di un gruppo di ricerca rivolto alla fisica spaziale. Si occupa prevalentemente di fisica fondamentale (materia, antimateria e ricerca di materia oscura), di fisica delle astroparticelle di alta energia e di metodi di protezione degli astronauti dalla radiazione spaziale. Ha partecipato alla costruzione ed al lancio di una decina di strumenti e rivelatori posti a bordo di satelliti (esperimenti Pamela, NINA-1, NINA-2) delle stazioni spaziali Internazionale (esperimenti Altcriss, Sileye-3, Altea, Lazio) e MIR (Sileye-1 e 2).Ha più di 200 pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali, tra cui Nature e Science. Nel 2011 ha pubblicato un saggio “Come Sopravvivere alla Radioattività” e un thriller ambientato in Giappone:”Grikon”. Cura un blog su temi scientifici: La curva dell’energia i legame.

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  • andrea

    ha usato molte volte (tranne finalmente quasi sempre nelle formule pizzose il termine errato di “sciogliere” al posto di quello corretto di fondere. Anche se è un discorso divulgativo si può provare a parlare correttamente!

    • Marco Casolino

      immagino che per “parlare” intenda “scrivere”, comunque, per sua informazione questa è la definizione de Il Corriere della Sera
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      • andrea

        purtroppo anche sui migliori dizionari di italiano si trova circonferenza come sinonimo di cerchio, ma noi che siamo tecnici dobbiamo cercare di usare parole che non confondano.. comunque ha fatto una bella ed utile spiegazione 🙂 . Leggo al punto 3 della pagina postata fondere (passaggio da solido a liquido) sinonimo di liquefare (passaggio da gas a liquido per raffreddamento sotto la temperatura critica). mi viene da piangere…